JP2009144551A

JP2009144551A - 再生型ガスタービン及び再生型ガスタービンの燃料制御方法

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Publication number: JP2009144551A
Application number: JP2007320820A
Authority: JP
Inventors: Kazuchika Abe; 一幾阿部; Tomoki Koganezawa; 知己小金沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-12
Also published as: JP4972533B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、複数の燃料系統を備えた再生型ガスタービンの燃料系統の切り替えに際してガスタービン運用性と燃焼安定性の両立を図る。
【解決手段】タービンの排気ガスと熱交換した燃焼用空気をガスタービン燃焼器に供給する再生熱交換器を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する複数の燃料系統と燃料流量制御弁を設置し、発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて各燃料流量制御弁の開閉を制御する制御装置を設置し、この制御装置には発電量の要求値と発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算する燃料流量演算器と、演算した燃料流量とそのしきい値とを比較する燃料流量比較器と、発電量の要求値とそのしきい値とを比較する発電量比較器と、これらの燃料流量比較器での比較及び発電量比較器での比較の双方に基づいて各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えて構成した。
【選択図】図５

Description

本発明は、発電用の再生型ガスタービン及び発電用の再生型ガスタービンの燃料制御方法に関する。

発電用の再生型ガスタービンでは、タービンから排出された排気ガスの持つ熱エネルギーを圧縮機で圧縮された高圧空気を利用して回収し、燃焼用空気として燃焼器に供給することで再生型ガスタービンの出力及び効率の向上を図っている。

例えば、特開２０００−２３０４３２号公報に記載された高湿分空気利用ガスタービンは、圧縮機で圧縮されて供給された高圧空気中に増湿器で水分を添加して加湿した加湿空気を用いて、ガスタービンから排出された排気ガスを再生熱交換器で熱交換して熱回収し、燃焼用空気としてガスタービン燃焼器に供給することで再生型ガスタービンの出力及び効率の向上を図る再生型ガスタービンの構成が開示されている。

この再生型ガスタービンでは、再生熱交換器によってガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気が高温化されているため、ガスタービン燃焼器で燃料の自発火を防止しつつ火炎温度を適度に制御する必要がある。

そのためには、特開２００３−１４８７３４号公報に記載されているように、燃料と空気を多数の小径の同軸噴流として燃焼室に噴出する燃料ノズルを備えた構成のガスタービン燃焼器が有効である。

また、この特開２００３−１４８７３４号公報においては、部分負荷時の燃焼安定性向上のためにガスタービン燃焼器に複数の燃料系統を備えさせ、負荷（発電量）に応じて複数の燃料系統のうち燃料を供給して着火させる燃料系統数を選択して増減を行う技術が開示されている。

このように複数の燃料系統数の増減を選択することで、小流量から大流量まで多様な発電量に応じた燃料流量に対して燃焼安定性が確保でき、ガスタービン燃焼器の局所的な火炎温度上昇を防ぐことができる。

また、特開２００６−５７６０７号公報に記載された高湿分空気利用ガスタービン等のガスタービンにおいては、燃焼用空気の温度を動的に計測し、燃焼用空気の目標温度と実際の温度との差に基づいて燃料流量を制御する技術が開示されている。

この技術によってガスタービン燃焼器の燃料流量を意図する燃焼温度となるように動的に制御して、ガスタービン燃焼器を所望の燃焼温度で安定に燃焼させることができる。

特開２０００−２３０４３２号公報特開２００３−１４８７３４号公報特開２００６−５７６０７号公報

前記特開２０００−２３０４３２号公報及び特開２００６−５７６０７号公報に記載された高湿分空気利用ガスタービン等の再生型ガスタービンでは、ガスタービンの排気ガスから熱回収して燃焼用空気を加熱する再生熱交換器が設置されている。

ところで、前記した再生型ガスタービンにおいては、ガスタービン起動時の状態として、（１）再生熱交換器が暖まっていない状態と、（２）再生熱交換器が暖まっている状態とが想定される。

ガスタービンの初回起動時、あるいは前回の起動時からしばらく時間が経過している時は、再生熱交換器は大気温度と同等であると考えられるので、前記（１）と同じ状態である。

しかしながら、再生型ガスタービンを一度起動してからしばらく運転した後に停止し、このガスタービンを再起動する際のガスタービン起動時の状態は、前記（２）と同じ状態となる。

この理由は、再生熱交換器の熱容量が大きいためにガスタービンが停止してから再起動までに十分な時間を空けない限り、排気ガスからの熱エネルギー供給が停止しても再生熱交換器は熱エネルギーを保持するためである。

よって前記（１）と同じ状態でガスタービンを起動する場合は、ガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気は再生熱交換器においてほとんど加熱されない。

したがって、ガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気温度は、圧縮機出口における圧縮空気温度と同等な温度となるが、このようなガスタービンの起動条件をコールドスタートと呼ぶ。

一方、前記（２）と同じ状態では、ガスタービン起動時から燃焼用空気は再生熱交換器で加熱されてガスタービン燃焼器に供給されることになるが、このようなガスタービンの起動条件をホットスタートと呼ぶ。

ガスタービン燃焼器に複数の燃料系統を配設したガスタービンにおいては、発電量に応じて複数の燃料系統のうち着火させる燃料系統の数を選択して増減させることが行なわれる。

そこでこれを以下では、「燃料系統の切り替え」と呼び、また、複数の燃料系統のうち着火している燃料系統の数を増加させる場合を、「燃料系統を増加させる」と呼び、着火している燃料系統の数を減少させる場合を、「燃料系統を減少させる」と呼ぶ。

次に一例としてガスタービン燃焼器に複数の燃料系統を配設したガスタービンにおいて、ガスタービンの起動時に複数の燃料系統のうち着火させる燃料系統の数を選択して増加させる場合について述べる。

ガスタービン燃焼器に配設された複数の燃料系統のうち、着火させる燃料系統の数を選択して増加させる前記「燃料系統の切り替え」では、燃料流量があらかじめ設定したしきい値に達した際にこの「燃料系統の切り替え」を行って着火させる燃料系統の数を切り替える方法が一般的である。

しかしながら、再生型ガスタービンにおいては、前述のように再生熱交換器の状態によって、コールドスタートとホットスタートとでガスタービン燃焼器に流入する燃焼用空気の温度が異なる。

ホットスタートではコールドスタートに比べて少ない燃料流量で大きな発電量を得ることができるため、決まった燃料流量で前記「燃料系統の切り替え」を行うと、両者で切り替え時の発電量に差が生じることに留意する必要がある。

また、再生熱交換器は熱容量が大きいので、再生熱交換器が十分に加熱されて燃焼用空気を加熱し始めるまでには、時間遅れを発生する。

したがって、燃料流量があらかじめ設定したしきい値に達した際に前記「燃料系統の切り替え」を行って着火させる燃料系統の数を切り替える方法を用いると、コールドスタートにおいては、再生熱交換器が十分に加熱されず、それゆえに燃焼用空気が加熱されていない状態で、この「燃料系統の切り替え」が行なわれてしまう。

この場合、再生熱交換器からガスタービン燃焼器に供給されて流入する燃焼用空気の温度が低いため、切り替え後のガスタービン燃焼器に失火等が生じて燃焼安定性が損なわれる可能性がある。

以上が、複数の燃料系統のうち着火させる燃料系統の数を選択して増加させる場合に再生熱交換器の温度が原因となる課題である。

一方、前記「燃料系統の切り替え」は、再生型ガスタービンが負荷をとっていない、即ち発電していない状態ではなく、発電している状態で行うことが好ましい。

再生型ガスタービンが発電していない状態とは、ガスタービン燃焼器において燃料バーナへの着火からガスタービンの定格回転数到達までの昇速途中、すなわちガスタービンが定格回転数以下の部分回転数の運転状態を指す。

この部分回転数の運転状態は、ガスタービンが安定して運転する回転数ではないため、擾乱に対して不安定な状態である。

そのため、ガスタービンが部分回転数の運転時に前記「燃料系統の切り替え」を行うと、燃料系統の切り替え動作がガスタービンに対する擾乱となり、ガスタービンに振動などが発生してガスタービンが不安定になる可能性がある。

さらに、何らかの事情でガスタービンに連結した発電機が発電を緊急に停止する場合、いわゆる負荷遮断時に安定な燃焼モードを維持するように瞬時に燃料系統を切り替える必要がある。

ここで燃焼モードとは、ガスタービン燃焼器に配設された複数の燃料系統のうち、着火している燃料系統の数がいくつであるかを表すものである。

また、複数の燃料系統をガスタービン燃焼器に配設した再生型ガスタービンの一つである高湿分空気利用ガスタービンにおいては、ガスタービン燃焼器の安定燃焼状態を確保した上で、圧縮機で圧縮されて供給された高圧空気中に増湿器で水分を添加する加湿操作を行うため、あらかじめ決められた燃料流量、発電量、燃焼モードにおいて加湿操作が行なわれることが望ましい。

したがって、燃料系統の切り替えの制御はこの加湿操作に対しても、安定した燃焼を維持するように複数の燃料系統の中で燃料を供給する燃料系統を切り替えることが重要である。

このように複数の燃料系統を備えた再生型ガスタービンでは、ガスタービン起動時、又はガスタービン停止時の燃料を供給する燃料系統の切り替えに際して、ガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させることが求められている。

ここで、ガスタービン運用性が向上すると、例えばガスタービン燃焼器に供給する燃料系統を切り替えるタイミングが明確になることによって、ガスタービンの運転状況と燃料を供給する供給系統の切り替えとの関係を十分に把握し易くなるというメリットがある。

本発明の目的は、複数の燃料系統を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン起動時又はガスタービン停止時の燃料を供給する燃料系統の切り替えに際してガスタービン運用性と燃焼安定性の両立を可能にした再生型ガスタービンを提供することにある。

本発明の再生型ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動するタービンと、このタービンによって駆動される発電機と、このタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した高圧空気を燃焼用空気として前記ガスタービン燃焼器に供給する再生熱交換器を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する複数の燃料系統を配設し、これらの燃料系統に燃料の流量を調節する燃料流量制御弁をそれぞれ設置し、ガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する制御装置を設置し、前記制御装置には発電量の要求値と発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算する燃料流量演算器と、燃料流量演算器で演算した燃料流量とそのしきい値とを比較する燃料流量比較器と、発電量の要求値とそのしきい値とを比較する発電量比較器と、これらの燃料流量比較器での比較及び発電量比較器での比較の双方に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする。

また本発明の再生型ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動するタービンと、このタービンによって駆動される発電機と、このタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した高圧空気を燃焼用空気として前記ガスタービン燃焼器に供給する再生熱交換器を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する複数の燃料系統を配設し、これらの燃料系統に燃料の流量を調節する燃料流量制御弁をそれぞれ設置し、再生熱交換器からガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気温度を計測する温度計測装置を設置し、ガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する制御装置を設置し、前記制御装置には発電量の要求値と発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算する燃料流量演算器と、燃料流量演算器で演算した燃料流量と温度計測装置で計測した燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択する演算装置を設置し、この演算装置で選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする。

また本発明の再生型ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動するタービンと、このタービンによって駆動される発電機と、このタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した高圧空気を燃焼用空気として前記ガスタービン燃焼器に供給する再生熱交換器を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する複数の燃料系統を配設し、これらの燃料系統に燃料の流量を調節する燃料流量制御弁をそれぞれ設置し、再生熱交換器からガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気温度を計測する温度計測装置を設置し、ガスタービンに対する発電量の要求値に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する制御装置を設置し、前記制御装置には発電量の要求値と温度計測装置で計測した燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択する演算装置を設置し、この演算装置で選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする。

本発明の再生型ガスタービンの燃料制御方法は、圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とをガスタービン燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスでタービンを駆動し、このタービンによって駆動させる発電機で発電し、再生熱交換器によってタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した燃焼用空気を生成して前記ガスタービン燃焼器に供給するように構成し、ガスタービン燃焼器に供給する燃料は複数の燃料系統を通じて供給できるようにすると共に、これらの燃料系統にそれぞれ設置した燃料流量制御弁によって供給する燃料の流量を調節できるように構成し、制御装置はガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるように構成した再生型ガスタービンの燃料制御方法において、前記制御装置による制御は、発電量の要求値と発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算してこの演算した燃料流量とそのしきい値とを比較し、発電量の要求値とそのしきい値とを比較し、これらの燃料流量としきい値の比較及び発電量の要求値とそのしきい値との比較に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるようにしたことを特徴とする。

また本発明の再生型ガスタービンの燃料制御方法は、圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とをガスタービン燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスでタービンを駆動し、このタービンによって駆動させる発電機で発電し、再生熱交換器によってタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した燃焼用空気を生成して前記ガスタービン燃焼器に供給するように構成し、ガスタービン燃焼器に供給する燃料は複数の燃料系統を通じて供給できるようにすると共に、これらの燃料系統にそれぞれ設置した燃料流量制御弁によって供給する燃料の流量を調節できるように構成し、制御装置はガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるように構成した再生型ガスタービンの燃料制御方法において、前記制御装置による制御は、ガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算し、この演算した燃料流量と温度計測装置で計測した再生熱交換器からガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択し、この選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるようにしたことを特徴とする。

また本発明の再生型ガスタービンの燃料制御方法は、圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とをガスタービン燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスでタービンを駆動し、このタービンによって駆動させる発電機で発電し、再生熱交換器によってタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した燃焼用空気を生成して前記ガスタービン燃焼器に供給するように構成し、ガスタービン燃焼器に供給する燃料は複数の燃料系統を通じて供給できるようにすると共に、これらの燃料系統にそれぞれ設置した燃料流量制御弁によって供給する燃料の流量を調節できるように構成し、制御装置はガスタービンに対する発電量の要求値に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるように構成した再生型ガスタービンの燃料制御方法において、前記制御装置による制御は、ガスタービンに対する発電量の要求値と温度計測装置で計測した燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択し、この選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の燃料系統を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン起動時又はガスタービン停止時の燃料を供給する燃料系統の切り替えに際してガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させた再生型ガスタービンが実現できる。

次に本発明の再生型ガスタービンの実施例について図面を用いて説明する。

本発明の実施例の再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービンについて図１を用いて説明する。

図１は本発明の実施例に係る高湿分空気利用ガスタービンの全体構成を表すシステムフロー図である。

図１において、再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービン１０００に設置されたガスタービン装置は、空気を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１で圧縮した高圧の空気に後述する増湿装置４及び再生熱交換器５を経由させて加湿し加熱した増湿空気と燃料とを燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器２と、このガスタービン燃焼器２で生成した高温の燃焼ガスによって駆動するタービン３と、このタービン３の駆動によって回転して電力を得る発電機２０とを備えており、そして圧縮機１、タービン３及び発電機２０はシャフトによって一体に連結されている。

また、高湿分空気利用ガスタービン１０００には、圧縮機１からの高圧空気中に湿分を添加して増湿空気を生成する増湿装置４と、タービン３を駆動して排出された排気ガスを熱源として増湿装置４から供給された増湿空気を熱交換する再生熱交換器５が備えてあり、この再生熱交換器５で加熱した増湿空気が前記ガスタービン燃焼器２に供給され、燃料と共に燃焼して高温の燃焼ガスを生成するように構成されている。

ガスタービン燃焼器２は、ガスタービン装置の本体ケーシング６と、この本体ケーシング６に設置された燃焼器ケーシング７と、前記燃焼器ケーシング７に取り付けられた燃焼器カバー８との内部に格納されている。

前記ガスタービン燃焼器２の頭部には図示していない燃料ノズルに外部から燃料２００を供給する燃料供給部９が設置されており、この燃料供給部９の下流側となるガスタービン燃焼器２の内部には高圧空気と燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０が配設されている。

この燃焼器ライナ１０の外周には、高圧空気を流下させる空気流路を形成する外周壁となるフロースリーブ１１が配設されており、前記フロースリーブ１１は燃焼器ライナ１０よりも直径が大きく、該燃焼器ライナ１０とほぼ同心円の円筒状に配設されている。

燃焼器ライナ１０の下流には、ガスタービン燃焼器２の燃焼室で燃焼して発生した高温の燃焼ガス１０６をタービン３へ導くための尾筒内筒１２が配設されており、この尾筒内筒１２の外周には尾筒外筒１３が配設されている。

また、本実施例の高湿分空気利用ガスタービン１００では、圧縮機１の入口の吸込み空気１００に水３００を噴霧する吸気噴霧装置２７が設置されている。

吸気噴霧装置２７で水噴霧後の大気圧の空気１０１は圧縮機１によって圧縮した高圧空気１０２となり、本体ケーシング６内に充満した後に尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間の空間に流入し、尾筒内筒１２を外壁面から対流冷却する。

尾筒内筒１２を冷却した後の高圧空気１０３は、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３との間に形成された抽気流路１４を通って本体ケーシング６の外に抽気される。

本体ケーシング６の外に抽気された高圧空気１０３は、増湿装置４において水分を添加された加湿空気の低温高湿分空気１０４に生成される。

増湿器４における空気の加湿方法としては、濡壁塔或いは増湿塔による加湿が知られている。

増湿器４で水分を添加された低温高湿分空気１０４は、再生熱交換器５に導かれ、この再生熱交換器５においてタービン３から排出された高温の排気ガス１０７との熱交換によって加熱されて高温高湿分空気１０５に生成され、燃焼器ケーシング７に燃焼用空気として供給される。

燃焼器ケーシング７内に供給された燃焼用空気の高温高湿分空気１０５は、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路を通って燃焼器の頭部に向かって流下するが、この流下する途中で燃焼器ライナ１０の対流冷却に使用される。

また、流下する高温高湿分空気１０５の一部は燃焼器ライナ１０に設けられた多数の冷却孔から燃焼器ライナ内へ流入し、燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用される。

そして燃焼器ライナ内の流入に使用されなかった高温高湿分空気１０５は、ガスタービン燃焼器２の上流側端部に設けた燃料供給部９に形成した図示していない多数の空気孔から燃焼器ライナ１０内に流入し、同じく図示していない燃料ノズルから噴出される燃料（Ｆ１燃料２０１〜Ｆ４燃料２０４）と共に燃焼器ライナ１０の内部に形成された燃焼室で燃焼させて高温燃焼ガス１０６を生成し、この高温燃焼ガス１０６が尾筒内筒１２を通じてタービン３に供給される。

タービン３を駆動して該タービン３から排出された高温の排ガス１０７は、再生熱交換器５に流入して該再生熱交換器５にて増湿装置４から供給された低温高湿分空気１０４との熱交換によって熱回収される。

そして前記再生熱交換器５を経た排ガス１０８は、該再生熱交換器５の下流側に配設された給水加熱器２２、排ガス再過熱器２３、及び水回収装置２４を順次流下して熱回収された後に、排ガス１０９として排気塔２５から大気に排気される。

また、排ガス１０８に含まれる水分は水回収装置２４によって回収して再利用されるが、本実施例では水回収の方式として水回収装置２４内で排ガス１０８を流下する煙道に冷却装置２９で冷却した水を噴霧し、排ガス１０８中の水分を凝集して落下させて該水回収装置２４の底部に溜め、この溜まった水を回収する水回収方式を採用している。

ガスタービン燃焼器２で生成した高温燃焼ガス１０６によって駆動されるタービン３で得られた駆動力はシャフト２１を通じて圧縮機１及び発電機２０に伝えられる。

タービン３で得られた駆動力の一部は圧縮機１を駆動して空気を加圧し高圧空気を生成することに用いられ、また、タービン３で得られた駆動力の他の一部は発電機２０を回転させて電力を発生させることに用いられる。

水回収装置２４及び増湿装置４の底部に溜まって回収された水は水回収装置２４への噴霧水あるいは増湿装置４への加湿水として再利用するが、その際に回収水を回収水の循環系等に設置された水処理装置２６に供給して不純物を取り除いた水を前記水回収装置２４への噴霧水あるいは前記増湿装置４への加湿水の給水３０１として使用するようにしている。

そしてこの給水３０１の給水量は噴霧水量制御弁３１１によって制御されている。

また、水処理装置２６で不純物を取り除いた水は吸気噴霧装置２７に供給されて、圧縮機１の入口の吸い込み空気１００に噴霧水３００を噴霧するが、この噴霧に使用される水の供給量は噴霧水量制御弁３１０で制御されている。

発電用の高湿分ガスタービンプラントの出力である発電機２０の発電量ＭＷは、制御装置８００からの指令信号に基づいてガスタービン燃焼器２に燃料２００を供給するＦ１燃料２０１〜Ｆ４燃料２０４の燃料量を調節する燃料流量調整弁２１１〜２１４の弁開閉を調節することによって制御される。

また発電機２０で発電した発電量ＭＷの信号は、発電機２０から制御装置８００に入力される。

一方、増湿装置４で高圧空気１０２に加湿して低温高湿分空気１０４を生成する水の加湿量は、増湿装置４に供給する加湿水量を調節する調整弁３１１の弁開度を調節することにより制御される。

次に、図１に示した発電用の高湿分ガスタービンプラント１０００に使用されている本実施例のガスタービン燃焼器２の構成について図２を用いて説明する。

ここで図２は、本実施例のガスタービン燃焼器２の頭部に設けられた燃料供給部９の構造を示した部分拡大図である。

図２に示した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９にはガスタービン燃焼器２に燃料２００を供給するＦ１燃料２０１〜Ｆ４燃料２０４の燃料量を調節する燃料流量調整弁２１１〜２１４が配設されている。

そしてこの燃料供給部９には、燃焼器カバー８に設けた燃料ノズルヘッダ３０にＦ１燃料２０１〜Ｆ４燃料２０４の燃料を噴出する多数の燃料ノズル３１が取り付けられており、これらの燃料ノズル３１の１本１本に対応した空気孔３２を多数備えた空気孔プレート３３が、前記燃料ノズル３１の先端から若干の寸法だけ離間して下流側に位置するようにサポート３４を介して燃焼器カバー８に取り付けられた構造となっている。

図３は図２に記載した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料供給部９の概略構成を示すものであり、燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１と空気孔プレート３３に設けた空気孔３２との配置関係をあらわしている。

図２及び図３において、燃料ノズルヘッダ３０に設けた一対の燃料ノズル３１の下流側に、空気孔プレート３３に設けた空気孔３２を配置しており、空気孔３２の内径を燃料ノズル３１の外径よりも若干大きくして形成している。燃料ノズル３１の先端は、空気孔３２の入口付近に配置される。

従って燃料２００として供給されて燃料ノズル３１から噴出される燃料噴流３５の外周側には、燃料噴流３５の周囲を包み込むように、ガスタービン燃焼器２に供給される燃焼用空気となる高温高湿分空気１０５の一部である空気噴流３６が形成され、同軸流となる。

該燃料ノズル３１の下流側の空気孔３２に流入する燃料噴流３５及び空気噴流３６の同軸噴流を燃料ノズル３１と空気孔３２と対の数だけ多数形成することができる。

この燃料噴流３５と空気噴流３６との同軸噴流を形成することによって、空気孔プレート３３に設けた空気孔３２内では燃料−空気は同軸噴流として流下するだけで両者は未混合であるため、本実施例のガスタービン燃焼器２が採用される高湿分ガスタービンの様にガスタービン燃焼器２に供給される空気の温度が高温となる場合であっても、ガスタービン燃焼器２に供給された燃料の自発火や、空気孔プレート３３の溶損が防止できるので、信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することができる。

また、上記した燃料噴流３５と空気噴流３６との小さな同軸噴流を多数形成することにより、燃料と空気の界面が増加する。そして、空気孔に流入した燃料噴流と空気噴流は燃焼室において流れが急拡大する。

従って、空気孔３２の出口側では燃料噴流３５と空気噴流３６との混合が促進した混合気が形成されるため、前記の混合が促進した混合気をガスタービン燃焼器２の燃焼室で燃焼させることによって局所的に火炎が高温となる領域の発生が抑制されてＮＯｘの発生量を抑制することができる。

かくして、ガスタービン燃焼器２に供給される空気の温度が高温となる高湿分ガスタービンにおいても低ＮＯｘと安定燃焼を両立することが可能となる。

図４は図２乃至図３に示されたガスタービン燃焼器２の頭部に設けられた燃料供給部９の空気孔プレート３３を燃焼室側から見た正面図である。

図４に示された前記燃料供給部９の空気孔プレート３３の例においては、多数の空気孔３２が同心状に該空気孔プレート３３の中心から半径方向外方に向かって環状に８列配置されている。

また、空気孔プレート３３の裏側となるので図示されていないが、この空気孔３２と対をなして同軸噴流を形成するように燃料ノズル３１が配設されている。

図４に示された空気孔プレート３３に配置された８列の環状の空気孔３２は、該空気孔プレート３３の中心から４列（第１列〜第４列）が第１群（Ｆ１）、第５列が第２群（Ｆ２）、その外側の２列（第６、７列）が第３群（Ｆ３）、最外周（第８列）が第４群（Ｆ４）と群分けされている。

そしてこの第１群（Ｆ１）が燃料２００のうちＦ１燃料２０１を噴出させる燃料ノズル３１に対応した空気孔３２の領域であり、以下同様に第２群（Ｆ２）がＦ２燃料２０２を噴出させる燃料ノズル３１に対応した空気孔３２の領域、第３群（Ｆ３）がＦ３燃料２０３を噴出させる燃料ノズル３１に対応した空気孔３２の領域、第４群（Ｆ４）がＦ４燃料２０４を噴出させる燃料ノズル３１に対応した空気孔３２の領域となっている。

そしてガスタービン燃焼器２の燃料供給部９には、燃料２００のＦ１燃料２０１、Ｆ２燃料２０２、Ｆ３燃料２０３、及びＦ４燃料２０４をそれぞれ供給する分岐された燃料系統が示されているように、空気孔プレート３３に形成した空気孔３２の（Ｆ１）〜（Ｆ４）のそれぞれの群に対応させて前記燃料供給部９に設けた燃料ノズルヘッダ３０に設けたフランジ５１〜５４（ただし第３群に対応するフランジ５３は図示せず）を通して燃料が前記（Ｆ１）〜（Ｆ４）のそれぞれの群の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給できるように構成されている。

即ち、Ｆ１燃料２０１を流下させる燃料流量制御弁２１１を備えた燃料系統を通じてこのＦ１燃料２０１がフランジ５１から第１群（Ｆ１）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給される。

同様にＦ２燃料２０２を流下させる燃料流量制御弁２１２を備えた燃料系統を通じてこのＦ２燃料２０２がフランジ５２から第２群（Ｆ２）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給され、Ｆ３燃料２０３を流下させる燃料流量制御弁２１３を備えた燃料系統を通じてこのＦ３燃料２０３がフランジ５３から第３群（Ｆ３）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１に供給され、Ｆ４燃料２０１を流下させる燃料流量制御弁２１４を備えた燃料系統を通じてこのＦ４燃料２０４がフランジ５４から第４群（Ｆ４）の空気孔３２に対応した燃料ノズル３１にそれぞれ供給されている。

このように燃料流量制御弁２１１、２１２、２１３、２１４を備えた燃料系統を群分けした分岐燃料系統の構造を採用して、ガスタービンの負荷変化に対応させて各燃料流量制御弁２１１、２１２、２１３、２１４の弁開度を制御することによって、燃料流量変化に対してＦ１〜Ｆ４燃料２０１〜２０４が供給されるガスタービン燃焼器２の燃料供給部９に設けた燃料ノズル３１の本数を段階的に調節する燃料ステージングが可能となり、ガスタービンの部分負荷運転時の燃焼安定性を高めると共に低ＮＯｘ化が可能となる。

さらに燃料供給部９に設置した空気孔プレート３３に形成した中央の１列〜４列の第１群（Ｆ１）の空気孔３２はピッチ円接線方向に角度α（図４の本実施例では角度α＝１５°）を持った斜め穴に形成することで、この第１群（Ｆ１）の空気孔３２から噴出する燃料噴流と空気噴流の同軸噴流の噴流全体に旋回をかけて燃焼室５０の内部に噴出させ、前記燃焼室５０内に循環流を生じさせることによって燃焼室５０内でこの燃料噴流と空気噴流の同軸噴流を燃焼して形成する火炎を安定化させている。

前記第１群（Ｆ１）の周囲の５列の第２群（Ｆ２）、６列から７列の第３群（Ｆ３）、８列の第４群（Ｆ４）の各空気孔３２からは燃料噴流と空気噴流の同軸噴流が旋回をかけずに直進流として燃焼室５０の内部に噴出させて燃焼するが、中央の前記第１群（Ｆ１）から噴出した同軸噴流を燃焼した火炎の燃焼熱によって燃焼するので形成される火炎を安定化させることができる。

このようにガスタービンの負荷変化に応じて各燃料流量制御弁２１１、２１２、２１３、２１４の弁開度を制御してＦ１〜Ｆ４燃料２０１〜２０４を供給する燃料ノズル３１の本数を段階的に調節させる燃料ステージングは、ガスタービンの部分負荷運転時の燃焼安定性の確保および低ＮＯｘ化において重要である。

次に、本実施例の高湿分空気利用ガスタービン１０００のガスタービン装置における燃料ステージング方法を説明する。

中央司令室９００からの指令に基づいて制御装置８００から燃料流量制御弁２１１〜２１４に弁開度を調節する操作信号を出力して、まず、燃料流量が比較的少ない着火および昇速時はガスタービン燃焼器２の頭部に設けられた燃料供給部９の中央の第１群（Ｆ１）に対応した燃料ノズル３１から噴射するＦ１燃料２０１のみで運転（すなわち燃料系統のうちＦ１燃料２０１を供給する燃料流量制御弁２１１を備えた燃料系統にのみ燃料を供給）し、定格回転数無負荷条件付近までガスタービンを昇速させる。

このＦ１単独燃焼でガスタービンを運転させる状態を今後の説明では１／４モードと呼ぶことにする。

次にそれ以降のガスタービンの負荷上昇過程では、第１群（Ｆ１）の外周の第２群（Ｆ２）に燃料を投入して、Ｆ１＋Ｆ２で運転する。

すなわち、燃料系統のうちＦ１燃料２０１を供給する燃料流量制御弁２１１を備えた燃料系統、及びＦ２燃料２０２を供給する燃料流量制御弁２１２を備えた燃料系統に燃料を供給し、流量制御弁２１１及び流量制御弁２１２によって各燃料流量を制御する。

このＦ１＋Ｆ２でガスタービンを運転する状態を２／４モードと呼ぶことにする。

次に、ガスタービンの負荷が更に上昇した場合は、第２群（Ｆ２）の外周の第３群（Ｆ３）に燃料を供給投入して、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３で運転する。

すなわち、燃料系統のうちＦ１燃料２０１を供給する燃料流量制御弁２１１を備えた燃料系統、Ｆ２燃料２０２を供給する燃料流量制御弁２１２を備えた燃料系統、及びＦ３燃料２０３を供給する燃料流量制御弁２１３を備えた燃料系統に燃料を供給し、流量制御弁２１１、流量制御弁２１２及び流量制御弁２１３によって各燃料流量を制御する。

このＦ１＋Ｆ２＋Ｆ３でガスタービンを運転する状態を３／４モードと呼ぶ。

更にガスタービンの負荷が定格の負荷に上昇した場合は、第３群（Ｆ３）の最外周の第４群（Ｆ４）に燃料を供給して、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４で運転する。

すなわち、燃料系統のうちＦ１燃料２０１を供給する燃料流量制御弁２１１を備えた燃料系統、Ｆ２燃料２０２を供給する燃料流量制御弁２１２を備えた燃料系統、Ｆ３燃料２０３を供給する燃料流量制御弁２１３を備えた燃料系統、及びＦ４燃料２０４を供給する燃料流量制御弁２１４を備えた燃料系統に燃料を供給し、流量制御弁２１１、流量制御弁２１２、流量制御弁２１３及び流量制御弁２１４によって各燃料流量を制御する。

このＦ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４でガスタービンを運転する状態を４／４モードと呼ぶ。

以上のようにガスタービンの起動時に負荷に応じて供給する燃料を切り替えて、中央司令室９００から指令される発電量要求ＭＷＤに対して前記制御装置８００から燃料流量調整弁２１１〜２１４に弁開閉の操作信号を出力して燃料切り替えが行なわれていく。

なお、本実施例では増湿装置４によって圧縮機１で生成した高圧空気中に湿分を添加する水分添加は３／４モード時において開始されることを想定しているが、他のモード時であっても構わない。

図５は、本実施例による高湿分空気利用ガスタービン１０００において、ガスタービンの起動時又は負荷増加時にガスタービンの負荷に対応させてガスタービン燃焼器２の燃料供給部９に燃料を供給する燃料系統を増加させる場合の燃料系統の切り替え制御方法を示した制御装置８００の制御ブロックを表したものである。

例えば燃料を供給する燃料系統を増加させる場合としては、１／４モードから２／４モードへの移行、２／４モードから３／４モードへの移行、３／４モードから４／４モードへの移行がある。

図５の制御ブロックにおいて、中央指令室９００から発令されたガスタービンの発電量要求値ＭＷＤは、制御装置８００に備えられた燃料流量減算器４０１と発電量比較器４０４に送られる。

燃料流量減算器４０１では、発電量要求値ＭＷＤからガスタービンの発電機２０から送られる実測した発電量ＭＷの信号を減算して、両者の偏差となる発電量差信号を演算して燃料流量演算器４０２に送る。

燃料流量演算器４０２では、燃料流量減算器４０１で演算した発電量差信号に基づいて、発電量要求値ＭＷＤに一致するようにガスタービンを運転させるためにガスタービン燃焼器２に供給が必要な燃料流量を燃料流量設定値ＦＦＳとして演算する。

即ち、燃料流量減算器４０１で演算した発電量差信号が大きければ燃料流量設定値ＦＦＳはそれに対応した大きな値に設定される。

燃料流量比較器４０３では燃料流量演算器４０２で演算した発電量差信号に対応した燃料流量設定値ＦＦＳを入力して、この燃料流量設定値ＦＦＳとあらかじめ設定された燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣとを比較する。

一方、発電量比較器４０４では、入力した発電量要求値ＭＷＤはあらかじめ設定された発電量のしきい値Ｐ_ＷＣと比較される。

なお、発電量のしきい値Ｐ_ＷＣはゼロ以上の正値に設定されており、そして、燃料流量設定値ＦＦＳと発電量要求値ＭＷＤの両方が、おのおのに対して設定されたしきい値以上の値であるときにＡＮＤゲート４０５にそれぞれ信号が出力される。

ＡＮＤゲート４０５では前記燃料流量比較器４０３及び発電量比較器４０４からそれぞれ入力する信号が設定された各しきい値以上の値になった場合にこのＡＮＤゲート４０５で条件が成立し、ＡＮＤゲート４０５から燃料切換指令ＦＣＤが発令される。

そしてＡＮＤゲート４０５から出力した燃料切換指令ＦＣＤは切換制御器４０７に入力し、この切換制御器４０７から出力する操作信号によって燃料系統の増加操作（燃料流量制御弁２１１〜２１４の開弁制御）が行なわれるように構成されている。

次に図６には図５に示した制御装置８００の制御ブロックにおいて、発電量比較器４０４に発電量のしきい値Ｐ_ＷＣを、燃料流量比較器４０３に燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣをそれぞれ設定してガスタービンの負荷変化に対応させて燃料系統の切り替え制御を行った場合の運転状況を示す。

図６の上段には、ガスタービンの負荷が増加した場合に燃料系統を切り替え制御する運転の一例として、ガスタービンの負荷が増加してガスタービンの燃焼モードが１／４モードから２／４モードに変更して燃料系統を増加させる場合における制御装置８００の燃料流量設定値ＦＦＳと発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図を示す。

また、図６の中段には、Ｆ１燃料２０１の燃料流量と発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図を、図６の下段には、Ｆ２燃料２０２の燃料流量と発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図をそれぞれ示す。

また図６ではガスタービンの運転をコールドスタートさせた場合の状況を太い実線で、ホットスタートさせた場合の状況を太い破線で夫々示し、発電量のしきい値Ｐ_ＷＣと燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣは細い破線で示した。

図６の上段において、ガスタービンの運転を太い実線で示したようにコールドスタートさせた場合には、タービン３から排出される排ガス１０７の温度及びガス量が不十分なために高湿分空気利用ガスタービン１０００を構成する再生熱交換器５があまり加熱されていない。

そのため、再生熱交換器５を加熱する排ガスとなる高温の燃焼ガスをガスタービン燃焼器２で生成するためにも多くの燃料をガスタービン燃焼器２に供給する必要があることから、発電量に対して供給する燃料流量は大となる。

ゆえにガスタービンの運転を図６の上段に太い実線で示したようにコールドスタートさせた場合には、タービン３で駆動した発電機２０によって発電する発電量ＭＷが発電量比較器４０４の演算にて発電量のしきい値Ｐ_ＷＣに達するよりも早く、燃料流量演算器４０２で演算する燃料流量設定値ＦＦＳの燃料流量が燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣに達する。

しかし、この時点では図６の上段に示されたように燃料流量と発電量の両方がそれぞれのしきい値Ｇ_ＦＣ、Ｐ_ＷＣを超えていないため、ＡＮＤゲート４０５では燃料切換指令ＦＣＤを発令する条件が成立せず、よって燃料系統の切り替えは行なわれない。

その後、ガスタービンの負荷が増加して発電機２０による発電量が発電量のしきい値Ｐ_ＷＣに達してＡＮＤゲート４０５にて燃料切換指令ＦＣＤを発令する条件が成立すると、この燃料切換指令ＦＣＤの発令によって切換制御器４０７から出力した操作信号によって燃料系統の切り替え操作（燃料流量制御弁２１１〜２１４の開閉制御）が行なわれる。

一方、図６の上段において、ガスタービンの運転を太い破線で示したようにホットスタートさせた場合には、ガスタービンの運転停止から間もないためにタービン３から排出された排ガス１０７によって高湿分空気利用ガスタービン１０００を構成する再生熱交換器５が予め加熱されている。

そのため、燃焼用空気としてガスタービン燃焼器２に供給される高温高湿空気１０５が再生熱交換器５によって加熱されるので、発電量に対して供給する燃料流量は小となる。

ゆえに、ガスタービンの運転を図６の上段に太い破線で示したようにホットスタートさせた場合には、燃料流量演算器４０２で演算する燃料流量設定値ＦＦＳの燃料流量が燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣに達するよりも早く、タービン３で駆動した発電機２０によって発電する発電量ＭＷが発電量比較器４０４の演算にて発電量のしきい値Ｐ_ＷＣに達する。

しかし、この時点では図６の上段に示されたように燃料流量が燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣ以下であるために、ＡＮＤゲート４０５では燃料切換指令ＦＣＤを発令する条件が成立せず、よって燃料系統の切り替えは行なわれない。

その後、ガスタービンの負荷が増加して燃料流量が燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣに達してＡＮＤゲート４０５にて燃料切換指令ＦＣＤを発令する条件が成立すると、この燃料切換指令ＦＣＤの発令によって切換制御器４０７から出力した操作信号によって燃料系統の切り替え操作（燃料流量制御弁２１１〜２１４の開閉制御）が行なわれる。

したがって、少量の燃料流量で大きな発電量を得ることができるホットスタートであっても、燃料系統の切り替えは、燃料流量がしきい値Ｇ_ＦＣに達した後に行なわれるため、燃料系統の切り替え後の燃焼安定性を確保することができる。

かくして、本実施例によれば、コールドスタート、ホットスタートの両方に対して、燃焼安定性を維持して燃料系統を切り替えることができる。

また、本実施例では増湿装置４によって圧縮機１で生成した高圧空気中に湿分を添加する水分添加は３／４モードにおいて行う。

そのため、加湿前には２／４モードから３／４モードに燃料系統を切り替える必要があり、かつ３／４モードでは、加湿に耐えられるように燃焼安定性が確保されなければならない。

本実施例においては、２／４モードから３／４モードへの燃料系統の切り替えにおいても、燃料流量と発電量の両方がしきい値を超えることによって燃料系統の切り替え条件が成立して、燃料系統の切り替えが行なわれる。

したがって、３／４モードでは燃料系統の切り替え直後から安定燃焼状態が確保でき、加湿操作によっても安定燃焼を持続できる。

次に本実施例による運転状況との比較のために、図７に燃料流量のみにしきい値Ｇ_ＦＣを設定してガスタービンの負荷変化に対応させて燃料系統の切り替え制御を行った場合の運転状況の比較例を示す。
図７の上段には、図６の上段と同様に、ガスタービンの負荷が変化した場合に燃料系統を切り替え制御する運転の一例として、ガスタービンの負荷が増加してガスタービンの燃焼モードが１／４モードから２／４モードに変更して燃料系統を増加させる場合における燃料流量設定値ＦＦＳと発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図を示す。

また、図７の中段には、図６の中段と同様に、Ｆ１燃料２０１の燃料流量と発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図を、図７の下段には、図６の下段と同様に、Ｆ２燃料２０２の燃料流量と発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図をそれぞれ示す。

また図７にも図６と同様に、ガスタービンの運転をコールドスタートさせた場合の状況を太い実線で、ホットスタートさせた場合の状況を太い破線で夫々示し、発電量のしきい値Ｐ_ＷＣと燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣは細い破線で示した。

図７から理解できるように、燃料流量のみにしきい値を設定して制御する方法では、コールドスタート時に燃料系統の切り替えが、発電を始める前、すなわちガスタービン部分回転数時に行なわれることが起こりうることが分かる。

前述したように、ガスタービン部分回転数時はガスタービンに擾乱を与えないようにするため、燃料系統の切り替えを避ける必要がある。

これに対して、本発明の実施例の高湿分空気利用ガスタービン１０００によれば、発電量のしきい値Ｐ_ＷＣをゼロ以上の正値とすることで、発電していない状態、すなわちガスタービン昇速中である部分回転数時において、燃料系統の切り替えが行なわれることはない。

したがって、ガスタービンが部分回転数にあっても、安定燃焼状態を確保することができる。

図８は、本実施例による高湿分空気利用ガスタービン１０００において、ガスタービンの停止時又は負荷減少時にガスタービンの負荷に対応させてガスタービン燃焼器２の燃料供給部９に燃料を供給する燃料系統を減少させる場合の燃料系統の切り替え制御方法を示した制御装置８００の制御ブロックを表したものである。

例えば燃料を供給する燃料系統を減少させる場合としては、４／４モードから３／４モードへの移行、３／４モードから２／４モードへの移行、２／４モードから１／４モードへの移行がある。

図８の制御ブロックにおいて、中央指令室９００から発令されたガスタービンの発電量要求ＭＷＤの指令信号は、制御装置８００に備えられた燃料流量減算器４０１と発電量比較器４０４に送られる。

燃料流量減算器４０１では、発電量要求ＭＷＤの指令信号からガスタービンの発電機２０から送られる実測した発電量ＭＷの信号を減算して、両者の発電量の差となる差信号が燃料流量演算器４０２に送られる。

燃料流量演算器４０２では、燃料流量減算器４０１で演算した発電量の差信号に基づいて、ガスタービンの運転に必要な燃料流量が燃料流量設定値ＦＦＳとして演算される。

燃料系統を減少させる制御は、図５で説明した燃料系統を増加させる制御と同じく、燃料流量比較器４０３では燃料流量演算器４０２で演算した燃料流量設定値ＦＦＳを入力して、この燃料流量設定値ＦＦＳとあらかじめ設定された燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣとを比較する。

発電量比較器４０４では、入力した発電量要求ＭＷＤの信号はあらかじめ設定された発電量のしきい値Ｐ_ＷＣと比較される。

そして、燃料流量設定値ＦＦＳと発電量要求ＭＷＤのいずれか一方が、設定されたしきい値以上の値になったときにＯＲゲート４０６にそれぞれ信号が出力される。

ＯＲゲート４０６では、前記燃料流量比較器４０３及び発電量比較器４０４にそれぞれ入力する燃料流量設定値ＦＦＳか発電量要求ＭＷＤのいずれかがしきい値を下回った時に、ＯＲゲート４０６で条件が成立して燃料切換指令ＦＣＤが発令される。

そしてＯＲゲート４０６から出力した燃料切換指令ＦＣＤは切換制御器４０７に入力し、この切換制御器４０７から出力する操作信号によって燃料系統の減少操作（燃料流量制御弁２１１〜２１４の閉弁制御）が行なわれるように構成されている点が、燃料系統を増加させる場合と異なっている。

なお、燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣと発電量のしきい値Ｐ_ＷＣは、燃料系統を増加させる場合と必ずしも同値でなくて良い。

次に図９に発電量のしきい値Ｐ_ＷＣと燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣをそれぞれ設定してガスタービンの負荷変化に対応させて燃料系統の切り替え制御を行った場合の運転状況を示す。

図９の上段には、ガスタービンの負荷が減少した場合に燃料系統を切り替え制御する運転の一例として、ガスタービンの負荷が減少してガスタービンの燃焼モードが２／４モードから１／４モードに変更して燃料系統を減少させる場合における制御装置８００の燃料流量設定値ＦＦＳと発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図を示す。

また、図９の中段には、Ｆ１燃料２０１の燃料流量と発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図を、図９の下段には、Ｆ２燃料２０２の燃料流量と発電量指令ＭＷＤとの関係を表した模式図をそれぞれ示す。

また図９では、非常時における燃料系統の切換え（即ち、ガスタービンの運転をコールドスタートさせた場合）の状況を太い実線で、通常時における燃料系統の切換え（即ち、ホットスタートさせた場合）の状況を太い破線で夫々示し、発電量のしきい値Ｐ_ＷＣと燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣは細い破線で示した。

ところで高湿分空気利用ガスタービン１０００は、通常は再生熱交換器５が加熱されている状態で発電量要求ＭＷＤを低下させると、燃焼用空気としてガスタービン燃焼器２に供給される高温高湿空気１０５が再生熱交換器５によって加熱されているために、少ない燃料流量で高い発電量を得ることができる。

したがって、発電機２０によって発電する発電量よりも先に燃料流量演算器４０２で演算する燃料流量設定値ＦＦＳの燃料流量が燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣに達するので、ＯＲゲート４０６で条件が成立して燃料切換指令ＦＣＤが発令され、切換制御器４０７からの操作信号によって燃料系統の減少操作が行なわれる。

一方、発電量を増加させる過程において緊急で発電量を下げる必要が生じた場合には、再生熱交換器５は十分に加熱されていないと考えられる。

再生熱交換器５が十分加熱されていない状態で発電量要求ＭＷＤを低下させると、燃焼用空気としてガスタービン燃焼器２に供給される高温高湿空気１０５が十分に加熱されないために、燃料流量演算器４０２で演算する燃料流量設定値ＦＦＳの燃料流量が燃料流量のしきい値Ｇ_ＦＣに達するよりも早く、発電機２０によって発電する発電量が低下して発電量のしきい値Ｐ_ＷＣに達するので、ＯＲゲート４０６で条件が成立して燃料切換指令ＦＣＤが発令され、切換制御器４０７からの操作信号によって燃料系統の減少操作が行なわれる。

また、発電量のしきい値Ｐ_ＷＣをゼロ以上の正値とすることで、何らかの事情で発電機２０による発電を緊急に停止する場合、いわゆる負荷遮断時には、４／４モード、３／４モード、２／４モードから瞬時に最も安定燃焼する１／４モードに切り替えることができる。

したがって、発電機２０による発電を緊急に停止した場合にも、安定燃焼が持続できるため、火炎の消失を防止することができる。

また、本実施例では燃料流量設定値ＦＦＳと発電量指令ＭＷＤを用いて燃料系統の切り替え制御を行っているが、燃料流量設定値ＦＦＳは実際の燃料流量に、発電量指令ＭＷＤは発電機２０からの発電量ＭＷにそれぞれ代替することができる。

このようにして、複数の燃料系統を持つ高湿分空気利用ガスタービンにおいて、ガスタービン起動時に負荷の状況に対応させて複数の燃料系統のうち、燃料を供給して着火している燃料系統数を増減させ、ガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させることができる。

以上説明したように本発明の実施例によれば、複数の燃料系統を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン起動時又はガスタービン停止時の燃料を供給する燃料系統の切り替えに際してガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させた再生型ガスタービンが実現できる。

次に本発明の他の実施例の１つである再生型ガスタービンについて図１０を用いて説明する。

図１０は本発明の実施例に係る再生型ガスタービン２０００の全体構成を表すシステムフロー図である。

本実施例の再生型ガスタービン２０００は、図１に示した実施例１である高湿分空気利用ガスタービン１０００とは基本構成とその制御操作が共通しているので、共通の構成と制御操作はその説明を省略し、相違する部分のみ説明する。

図１０において、本実施例の再生型ガスタービン２０００は増湿装置４を備えていないことを除いて図１に示した高湿分空気利用ガスタービン１０００と基本構成は同一である。

この再生型ガスタービン２０００は増湿装置４を備えていないため、抽気空気１０３は加湿されずに再生熱交換器５に流入し、再生熱交換器５において排気ガス１０７と抽気空気１０３は熱交換し、高温空気１１０が生成される点で大きく異なっている。

また、本実施例の再生型ガスタービン２０００のプラント構成は、図１に示した高湿分空気利用ガスタービン１０００と異なって圧縮機１の入口の吸込み空気１００に水３００を噴霧する吸気噴霧装置２７を備えていない。

更に、本実施例の再生型ガスタービン２０００は、再生熱交換器５を経た排ガス１０８は排ガス１０９として排気塔２５から大気に排気されることから、この再生熱交換器５を経た排ガス１０８と熱交換して熱回収させる給水加熱器２２、排ガス再過熱器２３、及び水回収装置２４も配設されていず、排ガス１０８に含まれる水分を回収する水回収装置２４及びこの水回収装置２４に冷却水を供給する冷却装置２９も設置されていない構成である。

上記した構成の再生型ガスタービン２０００のガスタービン燃焼器２には、図２乃至図４に示したものと同じ構成の燃料供給部９と、この燃料供給部９に供給するＦ１燃料２０１〜Ｆ４燃料２０４の燃料量を調節する燃料流量調整弁２１１〜２１４を備えた複数の燃料系統が配設されている。

そして本実施例の再生型ガスタービン２０００において、複数の燃料系統に備えた燃料流量調整弁２１１〜２１４の切り替え操作を行う制御装置８００は図５及び図８に示した制御装置８００の制御ブロックの構成と同一であり、また、この制御装置８００によって燃料系統の切り替え制御を行った場合の運転状況は、図６及び図９に示した燃料系統の切り替え制御での運転状況と内容が同一であるので、ここでの説明を省略する。

本実施例の複数の燃料系統を持つ再生型ガスタービンにおいても、ガスタービン起動時に負荷の状況に対応させて複数の燃料系統のうち、燃料を供給して着火している燃料系統数を増減させ、ガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させることができる。

次に本発明の他の実施例の１つである再生型ガスタービンについて図１１を用いて説明する。

図１１は本発明の実施例に係る再生型ガスタービン２０００の全体構成を表すシステムフロー図である。

本実施例の再生型ガスタービン２０００は、図１０に示した他の実施例の再生型ガスタービン２０００と基本構成とその制御操作が共通しているので、共通の構成と制御操作はその説明を省略し、相違する部分のみ説明する。

図１１において、本実施例の複数の燃料系統を備えた再生型ガスタービン２０００は、ガスタービン燃焼器２の構成が、中央に拡散燃焼部３７が配置され、この拡散燃焼部３７の周囲に予混合燃焼部３８が配置され、そして拡散燃焼部３７と拡散燃焼部３７のそれぞれに保炎器３７を備えた燃焼器構造となっている点が、図２乃至図４に示した実施例のガスタービン燃焼器２と構成が異なっている。

このような構成のガスタービン燃焼器２を再生型ガスタービンに用いる場合においても、ガスタービン燃焼器２には複数の燃料系統が配設されているために、ガスタービンの起動時に燃料系統の切り替えを行う必要がある。

本実施例の複数の燃料系統を備えた再生型ガスタービン２０００のガスタービン燃焼器２における複数の燃料系統の切り替えは、先に説明した実施例の場合と同様に、複数の燃料系統に備えた燃料流量調整弁２１１〜２１４の切り替え操作を行う制御装置８００は図５及び図８に示した制御装置８００の制御ブロックの構成と同一であり、また、この制御装置８００によって燃料系統の切り替え制御を行った場合の運転状況は、図６及び図９に示した燃料系統の切り替え制御での運転状況と内容が同一であるので、ここでの説明を省略する。

次に本発明の他の実施例の１つの再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービン１０００について図１２を用いて説明する。

図１２は本発明の実施例に係る高湿分空気利用ガスタービン１０００の全体構成を表すシステムフロー図である。

本実施例の高湿分空気利用ガスタービン１０００は、図１に示した実施例の高湿分空気利用ガスタービン１０００と基本構成とその制御操作が共通しているので、共通の構成と制御操作はその説明を省略し、相違する部分のみ説明する。

図１２において、本実施例の高湿分空気利用ガスタービン１０００では、圧縮機１で圧縮した高圧空気を増湿装置４によって加湿し、再生熱交換器５でこの加湿した高温高湿空気１０５を加熱してガスタービン燃焼器２に燃焼用空気として供給しているが、この加熱した高温高湿空気１０５の温度を計測するための温度計４０８を設置し、温度計４０８で検出した温度信号Ｔを制御装置８００に入力して制御装置８００の演算に使用することを除いて図１に示した高湿分空気利用ガスタービン１０００と基本構成は同一である。温度計４０８は、再生熱交換器５とガスタービン燃焼器２との間に設けられている。

図１３は本実施例による高湿分空気利用ガスタービン１０００において、ガスタービンの起動時にガスタービンの負荷に対応させてガスタービン燃焼器２の燃料供給部９に燃料を供給する燃料系統を増加させる場合の燃料系統の切り替え制御方法を示した制御装置８００の制御ブロックを表したものである。

図１３に示した制御装置８００の制御ブロックにおいて、燃料流量減算器４０１では、中央指令室９００から発令された発電量要求ＭＷＤ値と発電機２０からガスタービンの発電機２０から送られる実測した発電量ＭＷを減算して、両者の偏差となる発電量差信号を燃料流量演算器４０２に送る。

燃料流量演算器４０２では、燃料流量減算器４０１で演算した発電量差信号に基づいて、発電量要求値ＭＷＤに一致するようにガスタービンを運転させるためにガスタービン燃焼器２に供給が必要な燃料流量を燃料流量設定値ＦＦＳとして演算し、演算装置４０９に送る。

一方、再生熱交換器５で加熱された高温高湿空気１０５の温度Ｔは温度計４０８で検出され、この検出した温度信号Ｔが演算装置４０９に送られる。

演算装置４０９では、燃料流量設定値ＦＦＳと温度信号Ｔに基づいて、燃料流量ＦＦＳと温度Ｔとの関係から複数の燃焼モードに分けられた温度−燃料流量運転線図５００を演算によって作成し、この作成した温度−燃料流量運転線図５００と入力する前記燃料流量設定値ＦＦＳと高温高湿空気１０５の温度信号Ｔとを比較して温度−燃料流量運転線図５００に作成された複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選定する。

この温度−燃料流量運転線図５００は、ガスタービン燃焼器２において安定燃焼する燃焼モードを、温度計４０８で計測される高温高湿空気１０５の温度信号Ｔと燃料流量設定値ＦＦＳに対するマップとして表したものであり、各燃焼モードの境界が燃料系統の切り替え条件となる温度、燃料流量を表している。

また、燃料流量ＦＦＳと温度Ｔとの関係から複数の燃焼モードに分けられた温度−燃料流量運転線図５００を演算によって作成しているが、この温度−燃料流量運転線図５００は燃料流量ＦＦＳと温度Ｔとの関係に基づいて予め作成しておいても良い。

温度−燃料流量運転線図５００の図中では、複数の各燃焼モードの境界を一本の線で表しているが、燃料系統の切り替えは複数の燃料系統のうち、着火している燃料系統を増加させる場合と減少させる場合がある。

したがって、燃料系統の切り替え条件を表す燃焼モードの境界線は、燃料系統の増加と減少に対応する二本の線で表すことも考えられる。

なお、温度−燃料流量運転線図５００はデータベースの一種と捉えることができる。

ガスタービン燃焼器２の要素試験や実機運転等で得られるデータを基にして前記温度−燃料流量運転線図５００の線図を構築する方法があるが、他の手段に拠って線図を構築しても良い。

さらに、本実施例では温度−燃料流量運転線図５００に線図により温度−燃料流量に対応する燃焼モードを表したが、別の形態であっても構わない。

また、本実施例においては、温度Ｔには、温度計４０８によって測定した燃焼用空気である高温高湿空気１０５を計測した温度信号を利用しているが、再生熱交換器５のメタル温度等の代替する他の部分の温度を利用した場合においても、図１３に示した温度−燃料流量運転線図５００に準じた温度−燃料流量運転線図を作成して燃料系統の切り替え制御を行うことができる。

さらに、本実施例では温度−燃料流量運転線図５００における燃料流量として、燃料流量設定値ＦＦＳを用いているが、実際にガスタービン燃焼器２に供給する燃料流量を流量計等で計測し、計測した燃料流量を利用して前記温度−燃料流量運転線図５００を作成して燃料系統の切り替え制御を行うことができる。

このようにして、演算装置４０９において燃料流量ＦＦＳと燃焼用空気温度Ｔから最適な燃焼モードが判断され、ガスタービン燃焼器２に供給する燃料系統の切り替えが必要と判断された場合には、演算装置４０９から燃料切換指令ＦＣＤが発令されて切換制御器４０７にこの燃料切換指令ＦＣＤが送られる。

切換制御器４０７では燃料切換指令ＦＣＤを受けてこの切換制御器４０７から出力する操作信号によって燃料系統の増加操作（燃料流量制御弁２１１〜２１４の開閉制御）が行なわれるように構成されている。

かくして、本実施例の複数の燃料系統を持つ高湿分空気利用ガスタービン１０００においては、温度−燃料流量運転線図５００を基に演算装置４０９で複数の燃焼モードの中から最適な燃焼モードを判断して選択し、この選択した燃焼モードによってガスタービン燃焼器２に燃料を供給して着火している燃料系統数を増減させることにより、ガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させている。

本実施例の複数の燃料系統を備えた高湿分空気利用ガスタービン１０００のガスタービン燃焼器２における複数の燃料系統の切り替えは、先に説明した実施例の場合と同様であり、制御装置８００によって燃料系統の切り替え制御を行った場合の運転状況は、図６及び図９に示した燃料系統の切り替え制御での運転状況と内容が同一であるので、ここでの説明を省略する。

次に本発明の他の実施例の１つの再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービン１０００について図１４を用いて説明する。

図１４は本発明の実施例に係る高湿分空気利用ガスタービン１０００の制御装置８００の構成を示す制御ブロックである。

本実施例の高湿分空気利用ガスタービン１０００の制御装置８００の構成を示す制御ブロックは、図１３の実施例の制御ブロックと基本構成とその制御操作が共通しているので、共通の構成と制御操作はその説明を省略し、相違する部分のみ説明する。

図１４に示した制御装置８００の制御ブロックにおいて、演算装置４１０には、中央指令室９００から発令された発電量要求ＭＷＤ値と、再生熱交換器５で加熱された高温高湿空気１０５の温度Ｔを温度計４０８で検出した温度信号Ｔが送られる。

演算装置４１０では、発電量要求ＭＷＤと温度信号Ｔに基づいて、発電量要求値ＭＷＤと温度Ｔとの関係から複数の燃焼モードに分けられた温度−発電量運転線図５０１を演算によって作成し、この作成した温度−発電量運転線図５０１と入力する前記発電量要求値ＭＷＤと高温高湿空気１０５の温度信号Ｔとを比較して温度−発電量運転線図５０１に作成された複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選定する。

この温度−発電量運転線図５０１は、ガスタービン燃焼器２において安定燃焼する燃焼モードを、温度計４０８で計測される高温高湿空気１０５の温度信号Ｔと発電量要求値ＭＷＤに対するマップとして表したものであり、各燃焼モードの境界が燃料系統の切り替え条件となる温度、発電量を表している。

また、発電量要求値ＭＷＤと温度Ｔとの関係から複数の燃焼モードに分けられた温度−発電量運転線図５０１を演算によって作成しているが、この温度−発電量運転線図５０１は発電量要求値ＭＷＤと温度Ｔとの関係に基づいて予め作成しておいても良い。

温度−発電量運転線図５０１は、先の実施例の温度−燃料流量運転線図５００において燃料流量を発電量要求値ＭＷＤに置き換えたもので、ガスタービン燃焼器２において安定燃焼する燃焼モードを、温度計４０８で計測される温度信号と発電量指令値ＭＷＤに対するマップとして表しており、各燃焼モードの境界が切り替え条件となる温度、発電量を表している。

温度−発電量運転線図５０１の図中では、複数の各燃焼モードの境界を一本の線で表しているが、燃料系統の切り替えは、複数の燃料系統のうち、着火している燃料系統を増加させる場合と減少させる場合がある。

なお、温度−発電量運転線図５０１はデータベースの一種と捉えることができる。

ガスタービン燃焼器２の実機運転等で得られるデータを基にして前記温度−発電量運転線図５０１の線図を構築する方法があるが、他の手段に拠って線図を構築しても良い。

さらに、本実施例では温度−発電量運転線図５０１に線図により温度−発電量に対応する燃焼モードを表したが、別の形態であっても構わない。

また、本実施例においては、温度Ｔには、温度計４０８によって測定した燃焼用空気である高温高湿空気１０５を計測した温度信号を利用しているが、再生熱交換器５のメタル温度等の代替する他の部分の温度を利用した場合においても、図１４に示した温度−発電量運転線図５０１に準じた温度−発電量運転線図を作成して燃料系統の切り替え制御を行うことができる。

さらに、本実施例では温度−発電量運転線図５０１における発電量として、発電量指令値ＭＷＤを用いているが、ガスタービンの発電機２０からの発電量ＭＷの信号を利用して温度−発電量運転線図５０１を作成し、燃料系統の切り替え制御を行うことができる。

このようにして、演算装置４１０において発電量要求値ＭＷＤと燃焼用空気温度から最適な燃焼モードが判断され、ガスタービン燃焼器２に供給する燃料系統の切り替えが必要と判断された場合には、演算装置４１０から燃料切換指令ＦＣＤが発令されて切換制御器４０７にこの燃料切換指令ＦＣＤが送られる。

かくして、本実施例の複数の燃料系統を持つ高湿分空気利用ガスタービンにおいては、温度−発電量運転線図５０１を基に演算装置４１０で複数の燃焼モードの中から最適な燃焼モードを判断して選択し、この選択した燃焼モードによってガスタービン燃焼器２に燃料を供給して着火している燃料系統数を増減させることにより、ガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させた燃料系統の切り替えを行っている。

本実施例の複数の燃料系統を持つ再生型ガスタービンにおいても、ガスタービン起動時又はガスタービン停止時に負荷の状況に対応させて複数の燃料系統のうち、燃料を供給して着火している燃料系統数を増減させ、ガスタービン運用性と燃焼安定性を両立させることができる。

本発明は高効率ガスタービンとして発電用の再生型ガスタービン及びその再生型ガスタービンの燃料制御方法に利用できるだけでなく、熱と電力を併給可能なコジェネレーションシステム用の再生型ガスタービン及びその再生型ガスタービンの燃料制御方法として利用可能である。

本発明の第１実施例となる再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービンの構成を示すシステムフロー図。図１に示した本発明の第１実施例に係るガスタービン燃焼器の燃料ノズルの構成を示す部分図。図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器の燃料ノズルを示す部分図。図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器の燃料ノズルに設置した空気孔プレートの正面図。図１に示した本発明の第１実施例に係る高湿分空気利用ガスタービンの燃料系統を切り替える制御装置の一例を示す制御ブロック図。本発明の第１実施例に係る高湿分空気利用ガスタービンで燃料系統の切り替え制御を図５に示した制御ブロック図によって行った場合の運転状況を示す図。高湿分空気利用ガスタービンの燃料系統の切り替え制御で燃料流量のみにしきい値を設定して制御を行った場合の運転状況を示す比較例。図１に示した本発明の第１実施例に係る高湿分空気利用ガスタービンの燃料系統を切り替える制御装置の他の一例を示す制御ブロック図。本発明の第１実施例に係る高湿分空気利用ガスタービンで燃料系統の切り替え制御を図８に示した構成の制御ブロック図によって行った場合の運転状況を示す図。本発明の第２実施例となる再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービンの構成を示すシステムフロー図。本発明の第２実施例となる再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービンのガスタービン燃焼器を示す概略構成図。本発明の第４実施例となる再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービンの構成を表すシステムフロー図。本発明の第５実施例となる再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービンの燃料系統を切り替える制御装置の一例を示す制御ブロック図。本発明の第６実施例となる再生型ガスタービンである高湿分空気利用ガスタービンの燃料系統を切り替える制御装置の一例を示す制御ブロック図。

符号の説明

１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、４：増湿装置、５：再生熱交換器、６：本体ケーシング、７：燃焼器ケーシング、８：燃焼器カバー、９：燃料供給部、１０：燃焼器ライナ、１１：フロースリーブ、１２：尾筒内筒、１３：尾筒外筒、１４：抽気流路、２０：発電機、２１：シャフト、２２：給水加熱器、２３：排ガス再過熱器、２４：水回収装置、２５：排気塔、２６：水処理装置、２７：吸気噴霧装置、２９：冷却装置、３０：燃料ヘッダ、３１：燃料ノズル、３２：空気孔、３３：空気孔プレート、３４：サポート、３５：燃料噴流、３６：空気流、３７：拡散燃焼部、３８：予混合燃焼部、３９：保炎器、５１：Ｆ１燃料フランジ、５２：Ｆ２燃料フランジ、５４：Ｆ４燃料フランジ、１００：ガスタービン吸い込み空気（大気圧）、１０１：水噴霧後の空気（大気圧）、１０２：高圧空気、１０３：抽気空気、１０４：増湿空気、１０５：高温高湿空気、１０６：燃焼ガス、１０７：排気ガス、１０８：給水加熱器出口排ガス、１０９：排気塔排ガス、１１０：高温空気、２００：燃料、２０１、：Ｆ１燃料、２０２：Ｆ２燃料、２０３：Ｆ３燃料、２０４：Ｆ４燃料、２１０：燃料遮断弁、２１１：Ｆ１燃料流量制御弁、２１２：Ｆ２燃料流量制御弁、２１３：Ｆ３燃料流量制御弁、２１４：Ｆ４燃料流量制御弁、３００：圧縮機吸気噴霧水、３０１：増湿装置給水、３１０：圧縮機吸気噴霧水量制御弁、３１１：増湿装置給水量制御弁、４０１：減算器、４０２：燃料流量演算器、４０３：燃料流量比較器、４０４：発電量比較器、４０５：ＡＮＤゲート、４０６：ＯＲゲート、４０７：切換制御器、４０８：温度計、４０９、４１０：演算装置、５００：温度−燃料流量運転線図、５０１：温度−発電量運転線図、８００：制御装置、９００：中央司令室、１０００：高湿分空気利用ガスタービン、２０００：第一の再生型ガスタービン、３０００：第二の再生型ガスタービン。

Claims

空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動するタービンと、このタービンによって駆動される発電機と、このタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した高圧空気を燃焼用空気として前記ガスタービン燃焼器に供給する再生熱交換器を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する複数の燃料系統を配設し、これらの燃料系統に燃料の流量を調節する燃料流量制御弁をそれぞれ設置し、ガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する制御装置を設置し、前記制御装置には発電量の要求値と発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算する燃料流量演算器と、燃料流量演算器で演算した燃料流量とそのしきい値とを比較する燃料流量比較器と、発電量の要求値とそのしきい値とを比較する発電量比較器と、これらの燃料流量比較器での比較及び発電量比較器での比較の双方に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする再生型ガスタービン。
請求項１に記載の再生型ガスタービンにおいて、圧縮機で圧縮した高圧空気を加湿する増湿装置を設置し、この増湿装置で加湿した高圧空気を再生熱交換器に供給して燃焼用空気を生成するように構成したことを特徴とする再生型ガスタービン。
空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動するタービンと、このタービンによって駆動される発電機と、このタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した高圧空気を燃焼用空気として前記ガスタービン燃焼器に供給する再生熱交換器を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する複数の燃料系統を配設し、これらの燃料系統に燃料の流量を調節する燃料流量制御弁をそれぞれ設置し、再生熱交換器からガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気温度を計測する温度計測装置を設置し、ガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する制御装置を設置し、前記制御装置には発電量の要求値と発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算する燃料流量演算器と、燃料流量演算器で演算した燃料流量と温度計測装置で計測した燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択する演算装置を設置し、この演算装置で選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする再生型ガスタービン。
空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とを燃焼して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動するタービンと、このタービンによって駆動される発電機と、このタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した高圧空気を燃焼用空気として前記ガスタービン燃焼器に供給する再生熱交換器を備えた再生型ガスタービンにおいて、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する複数の燃料系統を配設し、これらの燃料系統に燃料の流量を調節する燃料流量制御弁をそれぞれ設置し、再生熱交換器からガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気温度を計測する温度計測装置を設置し、ガスタービンに対する発電量の要求値に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する制御装置を設置し、前記制御装置には発電量の要求値と温度計測装置で計測した燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択する演算装置を設置し、この演算装置で選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする再生型ガスタービン。
請求項３又は請求項４に記載の再生型ガスタービンにおいて、圧縮機で圧縮した高圧空気を加湿する増湿装置を設置し、この増湿装置で加湿した高圧空気を再生熱交換器に供給して燃焼用空気を生成するように構成したことを特徴とする再生型ガスタービン。
圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とをガスタービン燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスでタービンを駆動し、このタービンによって駆動させる発電機で発電し、再生熱交換器によってタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した燃焼用空気を生成して前記ガスタービン燃焼器に供給するように構成し、ガスタービン燃焼器に供給する燃料は複数の燃料系統を通じて供給できるようにすると共に、これらの燃料系統にそれぞれ設置した燃料流量制御弁によって供給する燃料の流量を調節できるように構成し、制御装置はガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるように構成した再生型ガスタービンの燃料制御方法において、前記制御装置による制御は、発電量の要求値と発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算してこの演算した燃料流量とそのしきい値とを比較し、発電量の要求値とそのしきい値とを比較し、これらの燃料流量としきい値の比較及び発電量の要求値とそのしきい値との比較に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるようにしたことを特徴とする再生型ガスタービンの燃料制御方法。
請求項６に記載の再生型ガスタービンの燃料制御方法において、圧縮機で圧縮した高圧空気を増湿装置によって加湿し、この加湿した高圧空気を再生熱交換器に供給して燃焼用空気を生成することを特徴とする再生型ガスタービンの燃料制御方法。
圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とをガスタービン燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスでタービンを駆動し、このタービンによって駆動させる発電機で発電し、再生熱交換器によってタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した燃焼用空気を生成して前記ガスタービン燃焼器に供給するように構成し、ガスタービン燃焼器に供給する燃料は複数の燃料系統を通じて供給できるようにすると共に、これらの燃料系統にそれぞれ設置した燃料流量制御弁によって供給する燃料の流量を調節できるように構成し、制御装置はガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量とに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるように構成した再生型ガスタービンの燃料制御方法において、前記制御装置による制御は、ガスタービンに対する発電量の要求値と発電機で発電した発電量との差に基づいて供給が必要な燃料流量を演算し、この演算した燃料流量と温度計測装置で計測した再生熱交換器からガスタービン燃焼器に供給する燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択し、この選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるようにしたことを特徴とする再生型ガスタービンの燃料制御方法。
圧縮機で圧縮した高圧空気と燃料とをガスタービン燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、このガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスでタービンを駆動し、このタービンによって駆動させる発電機で発電し、再生熱交換器によってタービンから排出した排気ガスと圧縮機で圧縮した高圧空気とを熱交換させて加熱した燃焼用空気を生成して前記ガスタービン燃焼器に供給するように構成し、ガスタービン燃焼器に供給する燃料は複数の燃料系統を通じて供給できるようにすると共に、これらの燃料系統にそれぞれ設置した燃料流量制御弁によって供給する燃料の流量を調節できるように構成し、制御装置はガスタービンに対する発電量の要求値に基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御して燃焼モードを切り替えるように構成した再生型ガスタービンの燃料制御方法において、前記制御装置による制御は、ガスタービンに対する発電量の要求値と前記再生熱交換器と前記ガスタービン燃焼器の間に設けられた温度計で計測した燃焼用空気温度とに基づいて燃料流量と燃焼用空気温度との関係から作成した複数の燃焼モードの中から該当する燃焼モードを選択し、この選択された燃焼モードに基づいて前記各燃料流量制御弁の開閉を制御する切替制御器を備えさせたことを特徴とする再生型ガスタービンの燃料制御方法。
請求項８又は請求項９に記載の再生型ガスタービンの燃料制御方法において、圧縮機で圧縮した高圧空気を増湿装置によって加湿し、この加湿した高圧空気を再生熱交換器に供給して燃焼用空気を生成することを特徴とする再生型ガスタービンの燃料制御方法。