JP2014227886A - ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法 - Google Patents

ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2014227886A
JP2014227886A JP2013107257A JP2013107257A JP2014227886A JP 2014227886 A JP2014227886 A JP 2014227886A JP 2013107257 A JP2013107257 A JP 2013107257A JP 2013107257 A JP2013107257 A JP 2013107257A JP 2014227886 A JP2014227886 A JP 2014227886A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
flow rate
gas
combustor
fuel gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013107257A
Other languages
English (en)
Inventor
哲馬 辰巳
Tetsuma Tatsumi
哲馬 辰巳
齋藤 武雄
Takeo Saito
武雄 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority to JP2013107257A priority Critical patent/JP2014227886A/ja
Publication of JP2014227886A publication Critical patent/JP2014227886A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

【課題】燃料ガスの発熱量が急変した場合でも、火炎安定性を保ち、燃焼温度の急上昇を抑制しながら、安定した信頼性の高い運転を可能とするガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】少なくとも2つの異なる燃料性状の燃料ガスのいずれかが燃料供給源から供給される発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御装置であって、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、燃料ガスの燃料性状の切り替えを判定する運転状態判定手段と、燃料供給源において前記燃料ガスの燃料性状の切り替えが生じた場合における、燃料ガスの燃料性状の時間変化情報が格納された燃料ガス性状データベースと、運転状態判定手段からの判定信号と燃料ガス性状データベースからの燃料ガスの燃料性状の時間変化情報とを参照して燃料調整手段を制御する操作信号生成手段とを備えた。【選択図】 図1

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法に関する。
近年、世界的な環境問題に対する観点から、よりクリーンなエネルギとして天然ガスが注目されている。この天然ガスを冷却して液化し、液化天然ガス(以下、「LNG」と略称する)を製造するための液化基地では、天然ガスを冷却する冷凍コンプレッサの駆動用や電力を発生させる発電用としてガスタービンが利用されている(例えば、非特許文献1参照)。
ガス田等から採掘された原料天然ガスは、LNG液化基地の前処理設備において、酸性ガス、水分、水銀、重質炭化水素等を除去されて精製される。この精製されたガスが液化設備で液化されてLNGとなり、貯蔵設備に貯蔵される。LNG液化基地におけるガスタービンは、前処理設備の1つであるスラグキャッチャーと計量設備を経た燃料ガスと貯蔵設備のLNGから発生するボイルオフガス(以下、「BOG」と略称する)とを輸送駆動装置で混合させて輸送したものを燃料ガスとして用いている。
ところで、一般的な発電用ガスタービンにおいては、環境を守るために排気ガス規制の一貫として、低NOx燃焼が要求されている。このため、燃料と空気を予め混合させた後に燃焼室で火炎を形成する予混合燃焼方式を採用するとともに、燃料ガスの発熱量を計測して、発熱量に応じて燃料流量を調整するガスタービン燃焼制御装置がある(例えば、特許文献1参照)。
特開平7−224689号公報 宮▲崎▼信一,「LNGビジネスの本質を理解するための液化プラント必須知識」,石油・天然ガスレビュー,独立行政法人 石油天然ガス・金属鉱物資源機構,2005年3月,Vol 39,No.2,p.1−24
LNG液化基地は、一般的に、ガスタービン燃料のための燃料ガス発熱量の計測設備を備えていない。このため、LNG液化基地におけるガスタービンにおいて、燃料ガスの発熱量が急変すると、燃焼器の火炎安定性が低下して安定燃焼状態を継続できない、若しくは、燃焼温度が急上昇し、燃焼器の焼損によるガスタービンの非常停止を引き起こす可能性が生じる。具体的には、例えば、BOGの輸送駆動装置が何らかの原因で緊急停止すると、燃料ガスの混合比が急変し、ガスタービンに供給される燃料ガスの発熱量が急変することになる。
ガスタービンを動力源として使用しているLNG液化基地において、ガスタービンが非常停止するとプラント全体の運転停止に繋がるため、プラント稼働率の低下、生産性の低下等の問題が発生する。
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、燃料ガスの発熱量の計測設備を備えずに、発熱量の変動する燃料ガスが供給されるガスタービンに適用されて、燃料ガスの発熱量が急変した場合でも、火炎安定性を保ち、燃焼温度の急上昇を抑制しながら、安定した信頼性の高い運転を可能とするガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法を提供するものである。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、少なくとも2つの異なる燃料性状の燃料ガスのいずれかが燃料系統を介して燃料供給源から供給される前記燃料ガスの発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御装置であって、空気を圧縮する圧縮機と,前記圧縮機から導入される高圧空気と前記燃料系統から供給された前記燃料ガスとを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と,前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンとからなるガスタービンと、前記燃料系統に設けられ、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、前記燃料供給源に設けられ、前記前記燃料供給源から供給される前記燃料ガスの燃料性状が切り替えられたことを検知する運転状態検知手段と、前記運転状態検知手段が検知した信号に応じて、前記燃料ガスの燃料性状の切り替えを判定する運転状態判定手段と、前記燃料供給源において前記燃料ガスの燃料性状の切り替えが生じた場合における、前記燃料ガスの燃料性状の時間変化情報が格納された燃料ガス性状データベースと、前記運転状態判定手段からの判定信号と前記燃料ガス性状データベースからの前記燃料ガスの燃料性状の時間変化情報とを参照して、前記燃料流量調整手段への操作信号を生成して前記燃料調整手段を制御する操作信号生成手段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、燃料ガスの発熱量が急変化してもガスタービン燃焼器の火炎安定性を保ち、かつ燃焼温度の急上昇を抑制することが可能となる。このことにより、ガスタービン燃焼器の運用性および信頼性の向上を図ることができる。この結果、ガスタービンを動力源として使用するプラントの稼働率低下を抑制することが可能になる。
本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態を構成する操作信号データベースを示す概略構成図である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態を構成する操作信号データベースの詳細を示す特性図の一例である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態を構成する操作信号データベースを示す概略構成図である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態を構成する操作信号データベースの詳細を示す特性図の一例である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態におけるガス製造プラント再起動時の処理内容を示すフローチャート図の一例である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態を構成する操作信号データベースを示す概略構成図である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態を構成する操作信号データベースの詳細を示す特性図の一例である。 本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例である。
以下、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図である。図1に示すように、ガスタービンプラントは、主として、ガス製造プラント1と、ガスタービン2と、燃料制御装置4と、燃料系統10と、ガス圧縮機250とから構成されている。
燃料供給源であるガス製造プラント1は、ガス田等から採掘された原料天然ガスから酸性ガス、水分、水銀、重質炭化水素等を除去して精製する前処理設備1Aと、この精製された天然ガスを液化する液化設備1Bと、液化されたLNGを貯蔵する貯蔵設備1Cとを備えている。ガス製造プラント1からは、前処理設備1Aを経た燃料ガスと貯蔵設備1CのLNGから発生するBOGとを輸送駆動装置で混合させてガスタービン2へ輸送している。また、ガス製造プラント1には、ガス製造プラント1からガスタービン2へ輸送される燃料ガスの燃料性状の切り換えを検知する運転状態検知手段1aが設けられている。運転状態検知手段1aは、例えば、BOGまたは前処理設備1Aを経た燃料ガスのいずれかが遮断されたことを示す信号であっても良い。
通常は、BOGと前処理設備1Aを経た燃料ガスとの混合燃料ガスがガスタービン2へ供給されているが、何らかの事象が発生して、BOGのみ又は前処理設備1Aを経た燃料ガスのみがガスタービン2へ供給される場合がある。このような事象の発生を運転状態検知手段1aで検知することで、ガスタービン2へ供給される燃料ガスの発熱量の変化を予測できる。
ガスタービン2は、空気100を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機110と、この圧縮機110から導入される高圧空気120と燃料系統10からの燃料ガスとを混合して、ライナ140の内部で火炎を形成し、高温高圧の燃焼ガス180を生成する燃焼器130と、この燃焼器130で生成された燃焼ガス180が導入されるタービン190とを備えている。圧縮機110の回転軸とタービン190の回転軸とはシャフト210で連結されている。また、ガスタービン190によって駆動されるガス圧縮機250の回転軸も、圧縮機110の回転軸とタービン190の回転軸とシャフト210により連結されている。
ガスタービン2では、高温高圧の燃焼ガス180が断熱膨張する際に発生する仕事量を、タービン190において軸回転力に転換している。本実施の形態においては、タービン190の軸回転力を利用してガス圧縮機250を駆動することで、ガスタービン2を流体圧縮の動力源としている。
ガス製造プラント1からの混合された燃料ガスは、燃料系統10に設けた燃料流量燃料調整手段である燃料弁3aを介してガスタービン2の燃焼器130へ供給されている。
燃料制御装置4は、運転状態検知手段1aからの信号を基にガス製造プラント1の運転状態を判定する運転状態判定手段5と、操作信号生成手段6と、操作信号データベース7とを備えている。運転状態判定手段5は、ガス製造プラント1から燃焼器130に供給される燃料ガスの燃料性状が切り替えられたことを示す運転状態信号22を運転状態検知手段1aから入力し、運転状態判定信号23を操作信号生成手段6へ出力する。
操作信号生成手段6は、操作信号データベース7へ操作信号参照信号24を出力し、データである弁開度情報25を入力する。そしてこの弁開度情報25を基に燃料弁3aの開度指令21aを生成して、燃料弁3aへ開度指令21aを出力する。
なお、一般的な発電プラントに適用するガスタービンの場合、燃料系統10に燃料ガスの発熱量計測装置を設け、この発熱量計測装置が計測した発熱量に応じて燃料制御装置4が燃料弁3aの開度を制御することで燃焼安定性を確保することが多い。本実施の形態のようなガスタービンを動力源として用いるガス製造プラント1の場合は、燃料ガスの発熱量の計測設備を持たない場合が多い。
図2は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態を構成する操作信号データベースを示す概略構成図、図3は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態を構成する操作信号データベースの詳細を示す特性図の一例である。
図2に示すように、操作信号データベース7は、燃料発熱量データベース31と、燃料流量データベース32と、弁開度データベース33とを備えている。
操作信号データベース7の詳細を図3に示す。各データベースは、燃料発熱量、燃料流量、弁開度のそれぞれの状態量の時間変化情報である。図3において、T0はガス製造プラント1が燃料性状を切り替えた時間、T1は燃料発熱量が変化し始めた時間、T2は燃料発熱量が一定に収束する時間をそれぞれ示している。
燃料発熱量データベース31は、ガス製造プラント1において燃料ガス性状が切り替わり、燃料発熱量が時々刻々変化し、最終的に燃料発熱量が一定に収束するまでの燃料発熱量の時間変化情報40が格納されている。
燃料発熱量の時間変化情報40は、燃料発熱量の変化過程を試験的に計測する、若しくは動特性シミュレータ等で予測することで予め取得し、蓄積されている。なお、図3は燃料発熱量の増加トレンドを例示しているが、これに限るものではない。減少トレンドであってもよい。
燃料流量データベース32は、燃料発熱量の変化に応じて、燃焼器130に投入する熱量が一定となるように燃料流量を調整した時の燃料流量の時間変化情報41が格納されている。即ち、燃料流量は燃料発熱量の変化に応じて調整する。
弁開度データベース33は、前記燃料流量に調整する場合の燃料弁3aの弁開度の時間変化情報42が格納されている。
次に、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態の制御内容について図4を用いて説明する。図4は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例である。
燃料制御装置4は、ガス製造プラント1の運転状態信号を取得する(ステップS1)。具体的には、運転状態判定手段5が運転状態検知手段1aからガス製造プラント1の運転状態信号22を取得する。
燃料制御装置4は、供給されている燃料ガスの燃料性状が切り替わったか否かを判断する(ステップS2)。具体的には、運転状態判定手段5の運転状態判定信号23により判断する。燃料ガスの燃料性状が切り替わった場合には(ステップS3)へ進み、それ以外の場合は(ステップS1)へ戻る。
燃料制御装置4は、操作信号データベース7を参照する(ステップS3)。具体的には、操作信号生成手段6が操作信号データベース7へ操作信号参照信号24を出力し、データである弁開度情報25を入力する。
燃料制御装置4は、弁開度調整指令を生成し、燃料弁3aの弁開度を調整することで、燃料ガス流量を調整する(ステップS4)。具体的には、操作信号生成手段6が弁開度情報25を基に燃料弁3aの開度指令21aを生成して、燃料弁3aへ開度指令21aを出力して、燃料ガスの流量を調整する。
燃料制御装置4は、燃料流量調整を終了する(ステップS5)。
上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態によれば、燃料ガスの発熱量が急変化してもガスタービン燃焼器130の火炎安定性を保ち、かつ燃焼温度の急上昇を抑制することが可能となる。このことにより、ガスタービン燃焼器130の運用性および信頼性の向上を図ることができる。この結果、ガスタービン2を動力源として使用するプラント1の稼働率低下を抑制することが可能になる。
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第1の実施の形態によれば、燃料系統10に燃料発熱量の計測機器が無いプラント1において、燃料発熱量が急変しても燃焼器130の火炎安定性を保ち、かつ燃焼温度の急上昇を抑制することが可能になる。この結果、ガスタービン燃焼器130の運用性および信頼性の向上を図ると同時に、ガスタービン2を動力源として使用するプラント1の稼働率低下を抑制することができる。
以下、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態を図面を用いて説明する。図5は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図、図6は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態を構成する操作信号データベースを示す概略構成図、図7は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態を構成する操作信号データベースの詳細を示す特性図の一例である。図5乃至図7において、図1乃至図4に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図5に示す本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、燃焼器131が拡散燃焼方式の拡散燃焼方式バーナ11と予混合燃焼方式の予混合燃焼方式バーナ12とを備えている。
燃料系統10は、その上流側に燃焼器131への燃料ガス流量を制御する燃料弁3aが配置され、燃料弁3aの下流側は、拡散燃焼方式バーナ11用の系統と予混合燃焼方式バーナ12用の系統とに分岐され、それぞれの系統に拡散燃料流量調整手段である拡散燃料弁3bと予混合燃料流量調整手段である予混合燃料弁3cとが配置されている。燃料弁3aには燃料制御装置4の操作信号生成手段6から弁開度指令信号21aが、拡散燃料弁3bには燃料制御装置4の操作信号生成手段6から弁開度指令信号21bが、予混合燃料弁3cには燃料制御装置4の操作信号生成手段6から弁開度指令信号21cが、それぞれ出力されている。
拡散燃料弁3bの開度と予混合燃料弁3cの開度を調整することにより、NOx排出量が拡散燃焼方式バーナ11に比べて低い予混合燃焼方式バーナ12の燃焼比率(予混合比率)を高めることができる。この結果、ガスタービン2から排出されるNOx低減が可能になる。すなわち、燃料弁3aが燃料ガスの流量を調整し、拡散燃料弁3bと予混合燃料弁3cとが、拡散燃焼方式バーナ11と予混合燃焼方式バーナ12とに供給される燃料ガスの配分割合を調整する。
図6に示すように、本実施の形態における操作信号データベース7は、燃料発熱量データベース31と、燃料流量データベース32と、弁開度データベース33と、NOxデータベース34とを備えている。
操作信号データベース7におけるNOxデータベース34の詳細を図7に示す。NOxデータベース34は、様々な燃料ガスの性状における、予混合比率に対するNOx排出量の関係に関する情報が格納されている。図7において、横軸は予混合比率を、縦軸はNOx排出量をそれぞれ示している。また、特性線50は燃料性状変化前の予混合比率に対するNOx排出量を示し、特性線51は燃料性状変化後の予混合比率に対するNOx排出量を示している。
図7において、破線52は環境規制値以下のNOx排出量制限値を示す。ここで、燃料性状変化前の状態においては予混合比率N1で燃焼器131に燃料ガスが供給されている。このときのNOx排出量は、特性線50と予混合比率N1との交点である53から定まり、NOx排出量制限値52以下である。
次に、燃料性状が変化した場合に予混合比率がN1のままだとすると、図7に示すようにNOx排出量は、特性線51と予混合比率N1との交点である53aとなり、NOx排出量制限値52を超えてしまう。そこで、燃料性状変化後の予混合比率に対するNOx排出量を示す特性線51に基づき、NOx排出量がNOx排出量制限値52以下になるように、予混合比率をN2まで増加させる。このことにより、NOx排出量は、NOx排出量制限値52以下の調整点54に制限できる。
燃料性状変化前の予混合比率に対するNOx排出量を示す特性線50と燃料性状変化後の予混合比率に対するNOx排出量を示す特性線51とは、試験的に計測する、若しくは動特性シミュレータ等で予測することで予め取得し、蓄積されている。
次に、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態の制御内容について図8を用いて説明する。図8は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例である。
燃料制御装置4は、ガス製造プラント1の運転状態信号を取得する(ステップS11)。具体的には、運転状態判定手段5が運転状態検知手段1aからガス製造プラント1の運転状態信号22を取得する。
燃料制御装置4は、供給されている燃料ガスの燃料性状が切り替わったか否かを判断する(ステップS12)。具体的には、運転状態判定手段5の運転状態判定信号23により判断する。燃料ガスの燃料性状が切り替わった場合には(ステップS13)へ進み、それ以外の場合は(ステップS11)へ戻る。
燃料制御装置4は、操作信号データベース7を参照する(ステップS13)。具体的には、操作信号生成手段6が操作信号データベース7へ操作信号参照信号24を出力し、データである弁開度情報25を入力する。
燃料制御装置4は、弁開度調整指令を生成し、燃料弁3a、拡散燃料弁3b、及び予混合燃料弁3cの各弁開度を調整することで、燃料ガス流量と予混合比率(燃料ガスの配分割合)とを調整する(ステップS14)。具体的には、操作信号生成手段6が弁開度情報25を基に燃料弁3aの開度指令21a,拡散燃料弁3bの開度指令21b,及び予混合燃料弁3cの開度指令をそれぞれ生成する。そして、燃料弁3aへ開度指令21aを出力して、燃料ガスの流量を調整し、拡散燃料弁3bと予混合燃料弁3cへ開度指令21b,21cをそれぞれ出力して、予混合比率(燃料ガスの配分割合)を調整する。
燃料制御装置4は、燃料流量調整を終了する(ステップS15)。
上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
以下、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態を図面を用いて説明する。図9は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例、図10は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態におけるガス製造プラント再起動時の処理内容を示すフローチャート図の一例である。
本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態は、大略第2の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、燃料制御装置4が受け取るガス製造プラント1の運転状態信号として、運転状態検知手段1aは、トリップ(緊急停止信号)やプラントの再起動信号等多様な信号を含んでいて、これらの信号に応じて、燃料制御装置4が各種制御を行う。具体的には、運転状態検知手段1aが検知する各種トリップ信号や再起動信号等の入力信号に応じた操作信号データベース7が構成されていて、運転状態判定手段5と操作信号生成手段6と操作信号データベース7とが協働して燃料弁3a、拡散燃料弁3b、及び予混合燃料弁3cを制御する。
ガス製造プラント1では、ガス製造プラント1自身で製造した燃料ガスを用いてガスタービン2を運転するが、ガス製造プラント1のいずれかの設備に故障が発生し、設備を保護するため保護装置により緊急停止信号であるトリップ信号が出力された場合、ガスタービン2に供給される燃料ガスの発熱量が急変する場合がある。図9は、ガスタービン2の定常運転時において、ガス製造プラント1のトリップにより燃料切り替えが発生し、ガスタービン2に供給される燃料ガスの発熱量が上昇する場合の制御ロジックを示す。
燃料制御装置4は、ガス製造プラント1の運転状態信号を取得する(ステップS21)。具体的には、運転状態判定手段5が運転状態検知手段1aからガス製造プラント1の運転状態信号22を取得する。
燃料制御装置4は、ガス製造プラント1においてトリップが発生したか否かを判断する(ステップS22)。具体的には、運転状態判定手段5の運転状態判定信号23がトリップ信号か否かにより判断する。トリップ信号の場合には(ステップS23)へ進み、それ以外の場合は(ステップS21)へ戻る。
燃料制御装置4は、操作信号データベース7を参照する(ステップS23)。具体的には、操作信号生成手段6が操作信号データベース7へ操作信号参照信号24を出力し、データである弁開度情報25を入力する。
燃料制御装置4は、弁開度調整指令を生成し、燃料弁3a、拡散燃料弁3b、及び予混合燃料弁3cの各弁開度を調整することで、燃料ガス流量と予混合比率とを調整する(ステップS24)。具体的には、操作信号生成手段6が弁開度情報25を基に燃料弁3aの開度指令21a,拡散燃料弁3bの開度指令21b,及び予混合燃料弁3cの開度指令をそれぞれ生成する。そして、燃料弁3aへ開度指令21aを出力して、燃料ガスの流量を低減させ、拡散燃料弁3bと予混合燃料弁3cへ開度指令21b,21cをそれぞれ出力して、予混合比率を調整する。
燃料制御装置4は、燃料流量調整を終了する(ステップS25)。
次に、ガス製造プラント1の再起動時の処理内容を説明する。図10は、ガス製造プラント1のトリップ後に、ガス製造プラント1を再起動する場合の制御ロジックを示す。
燃料制御装置4は、ガス製造プラント1の運転状態信号を取得する(ステップS31)。具体的には、運転状態判定手段5が運転状態検知手段1aからガス製造プラント1の運転状態信号22を取得する。
燃料制御装置4は、ガス製造プラント1において再起動したか否かを判断する(ステップS32)。具体的には、運転状態判定手段5の運転状態判定信号23が再起動信号か否かにより判断する。再起動信号の場合には(ステップS33)へ進み、それ以外の場合は(ステップS31)へ戻る。
燃料制御装置4は、再起動時の燃料切り替えにおいて、燃料ガスの発熱量が定常運転時の計画値に比べて低くなるか否かを判断する(ステップS33)。具体的には、運転状態判定手段5の運転状態判定信号23で判断する。例えば、定常運転時には、前処理設備1Aを経た燃料ガスと貯蔵設備1CのLNGから発生するBOGとを混合させた燃料ガスであって、再起動時にはBOGのみである場合には、燃料ガスの発熱量は低くなると判断できる。再起動時の燃料ガスの発熱量が定常運転時の計画値に比べて低くなる場合には(ステップS34)へ進み、それ以外の場合は(ステップS36)へ進む。
燃料制御装置4は、操作信号データベース7を参照する(ステップS34)。具体的には、操作信号生成手段6が操作信号データベース7へ操作信号参照信号24を出力し、データである弁開度情報25を入力する。
燃料制御装置4は、弁開度調整指令を生成し、燃料弁3a、拡散燃料弁3b、及び予混合燃料弁3cの各弁開度を調整することで、燃料ガス流量と予混合比率とを調整する(ステップS35)。具体的には、操作信号生成手段6が弁開度情報25を基に燃料弁3aの開度指令21a,拡散燃料弁3bの開度指令21b,及び予混合燃料弁3cの開度指令をそれぞれ生成する。この場合、燃焼器131の火炎安定性が低下するため、操作信号データベース7を参照して弁開度指令を生成し、燃料流量を増加させることで、燃焼安定性を確保するとともに、予混合比率を増加させてNOx排出量をNOx排出量制限値52以下に低減する。
(ステップS33)において、再起動時の燃料ガスの発熱量が定常運転時の計画値に比べて低くなる以外の場合、燃料制御装置4は、操作信号データベース7を参照する(ステップS36)。具体的には、操作信号生成手段6が操作信号データベース7へ操作信号参照信号24を出力し、データである弁開度情報25を入力する。
燃料制御装置4は、弁開度調整指令を生成し、燃料弁3a、拡散燃料弁3b、及び予混合燃料弁3cの各弁開度を調整することで、燃料ガス流量と予混合比率とを調整する(ステップS37)。具体的には、操作信号生成手段6が弁開度情報25を基に燃料弁3aの開度指令21a,拡散燃料弁3bの開度指令21b,及び予混合燃料弁3cの開度指令をそれぞれ生成する。この場合、燃料ガスの発熱量が計画値に比べて高いので、燃焼温度が急上昇するため、再起動条件に応じた操作信号データベース7を参照して弁開度閉指令を生成し、燃料流量を低減させることで燃焼温度を抑制するとともに、適切な予混合比率に調整してNOx排出量をNOx排出量制限値52以下に制御する。
(ステップS35)または(ステップS37)の処理終了後、燃料制御装置4は、燃料流量調整を終了する(ステップS38)。
上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第3の実施の形態によれば、燃料系統10に燃料発熱量の計測機器が無いプラント1において、燃料発熱量が急変しても燃焼器131の火炎安定性を保ち、かつ燃焼温度の急上昇を抑制し、更にNOx排出量の急変を抑制できる。この結果、ガスタービン燃焼器131の運用性および信頼性の向上を図ると同時に、ガスタービン2を動力源として使用するプラント1の稼働率低下を抑制することができる。
以下、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態を図面を用いて説明する。図11は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図、図12は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態を構成する操作信号データベースを示す概略構成図、図13は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態を構成する操作信号データベースの詳細を示す特性図の一例である。図11乃至図13において、図1乃至図10に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図11に示す本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、燃焼器130の内部のライナ140のメタル温度を計測するメタル温度計測手段である温度計測器8を更に備え、温度計測器8が計測したメタル温度計測信号26を燃料制御装置4の運転状態判定手段5に取込む。燃料制御装置4は、メタル温度データベースを更に含む操作信号データベース7を備えていて、運転状態判定手段5と操作信号生成手段6と操作信号データベース7とが協働して燃料弁3aの弁開度を制御して燃料流量を調整する。
図12に示すように、本実施の形態における操作信号データベース7は、第1の実施の形態における燃料発熱量データベース31と、燃料流量データベース32と、弁開度データベース33とに加えて、メタル温度データベース35を備えている。
操作信号データベース7におけるメタル温度データベース35の詳細を図13に示す。メタル温度データベース35は、様々な燃料ガスの性状における、燃料流量に対するメタル温度の関係に関する情報が格納されている。図13において、横軸は燃料流量を、縦軸はメタル温度をそれぞれ示している。また、特性線55は燃料性状変化前の燃料流量に対するメタル温度を示し、特性線56は燃料性状変化後の燃料流量に対するメタル温度を示している。
図13において、破線57は焼損防止及び構造信頼性維持のためのガスタービン2の定常運転時におけるメタル温度制限値を示す。ここで、燃料性状変化前の状態においては燃料流量L2で燃焼器130に燃料ガスが供給されている。このときのメタル温度は、特性線55と燃料流量L2との交点である58から定まり、メタル温度制限値57以下である。
次に、燃料性状が変化した場合に燃料流量がL2のままだとすると、図13に示すようにメタル温度は、特性線56と燃料流量L2との交点である58aとなり、メタル温度制限値57を超えてしまう。そこで、燃料性状変化後の燃料流量に対するメタル温度を示す特性線56に基づき、メタル温度がメタル温度制限値57以下になるように、燃料流量をL1まで減少させる。このことにより、メタル温度は、メタル温度制限値57以下の調整点59に制限できる。
燃料性状変化前の燃料流量に対するメタル温度を示す特性線55と燃料性状変化後の燃料流量に対するメタル温度を示す特性線56とは、試験的に計測する、若しくは動特性シミュレータ等で予測することで予め取得し、蓄積されている。
次に、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態の制御内容について図14を用いて説明する。図14は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態の処理内容を示すフローチャート図の一例である。
燃料制御装置4は、メタル温度情報を取得する(ステップS41)。具体的には、運転状態判定手段5が温度計測器8の計測したライナ140のメタル温度計測信号26を取得する。
燃料制御装置4は、メタル温度計測信号26がメタル温度制限値を超えたか否かを判断する(ステップS42)。具体的には、メタル温度計測信号26とメタル温度制限値57とを比較して判断する。運転状態判定手段5の運転状態判定信号23が操作信号生成手段6に出力される。メタル温度計測信号26がメタル温度制限値57を超えた場合には(ステップS43)へ進み、それ以外の場合は(ステップS41)へ戻る。
燃料制御装置4は、操作信号データベース7を参照する(ステップS43)。具体的には、操作信号生成手段6が操作信号データベース7へ操作信号参照信号24を出力し、データである弁開度情報25を入力する。
燃料制御装置4は、弁開度調整指令を生成し、燃料弁3aの弁開度を調整することで、燃料ガス流量を調整する(ステップS44)。具体的には、操作信号生成手段6が弁開度情報25を基に燃料弁3aの開度指令21aを生成して、燃料弁3aへ開度指令(弁開度閉指令)21aを出力して、燃料ガスの流量を低減させる。
燃料制御装置4は、燃料流量調整を終了する(ステップS45)。
上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第4の実施の形態によれば、燃料系統10に燃料発熱量の計測機器が無いプラント1において、トリップ信号や燃料ガスの燃料性状の切り替わり信号による弁開度指令調整に加えて、メタル温度による弁開度指令調整を合わせて設けたので、供給される燃料ガスの性状が変わったにも関わらず、トリップ信号や運転状態信号がガス製造プラントから発信されない場合であっても、燃焼温度の急上昇を抑制することが可能になる。この結果、ガスタービン燃焼器130の運用性および信頼性の向上を図ると同時に、ガスタービン2を動力源として使用するプラント1の稼働率低下を抑制することができる。
なお、本発明の各実施の形態において、1軸式のガスタービン2を例に説明したが、これに限るものではない。本発明は、例えば2軸式のガスタービンにも適用することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
1 ガス製造プラント(燃料供給源)
1a 運転状態検知手段
2 ガスタービン
3a 燃料弁(燃料流量調整手段)
3b 拡散燃料弁(拡散燃料流量調整手段)
3c 予混合燃料弁(予混合燃料流量調整手段)
4 燃料制御装置
5 運転状態判定手段
6 操作信号生成手段
7 操作信号データベース
8 温度計測器(メタル温度計測手段)
10 燃料系統
11 拡散燃焼方式バーナ
12 予混合燃焼方式バーナ
31 燃料発熱量データベース
32 燃料流量データベース
33 弁開度データベース
34 NOxデータベース
35 メタル温度データベース
110 圧縮機
120 高圧空気
130 燃焼器
131 燃焼器
140 ライナ
190 タービン
210 シャフト
250 ガス圧縮機

Claims (9)

  1. 少なくとも2つの異なる燃料性状の燃料ガスのいずれかが燃料系統を介して燃料供給源から供給される前記燃料ガスの発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御装置であって、
    空気を圧縮する圧縮機と,前記圧縮機から導入される高圧空気と前記燃料系統から供給された前記燃料ガスとを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と,前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンとからなるガスタービンと、
    前記燃料系統に設けられ、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、
    前記燃料供給源に設けられ、前記前記燃料供給源から供給される前記燃料ガスの燃料性状が切り替えられたことを検知する運転状態検知手段と、
    前記運転状態検知手段が検知した信号に応じて、前記燃料ガスの燃料性状の切り替えを判定する運転状態判定手段と、
    前記燃料供給源において前記燃料ガスの燃料性状の切り替えが生じた場合における、前記燃料ガスの燃料性状の時間変化情報が格納された燃料ガス性状データベースと、
    前記運転状態判定手段からの判定信号と前記燃料ガス性状データベースからの前記燃料ガスの燃料性状の時間変化情報とを参照して、前記燃料流量調整手段への操作信号を生成して前記燃料調整手段を制御する操作信号生成手段とを備えた
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
  2. 請求項1に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
    前記燃焼器に設けた拡散燃焼方式バーナと予混合燃焼方式バーナと、
    前記燃料系統に設けられ、前記拡散燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する拡散燃料流量調整手段と、前記予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する予混合燃料流量調整手段と、
    前記拡散燃焼方式バーナと前記予混合燃焼方式バーナとに供給される前記燃料ガスの配分割合に対するNOx排出量の情報が格納されたNOxデータベースと、
    前記運転状態判定手段からの判定信号と前記NOxデータベースからの前記拡散燃焼方式バーナと前記予混合燃焼方式バーナとに供給される前記燃料ガスの配分割合に対するNOx排出量の情報とを参照して、前記拡散燃料流量調整手段と前記予混合燃料流量調整手段とへの操作信号を生成して、前記拡散燃料流量調整手段と前記予混合燃料流量調整手段とを制御して前記拡散燃焼方式バーナと前記予混合燃焼方式バーナとに供給される前記燃料ガスの配分割合を調整する操作信号生成手段とを備えた
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
  3. 請求項1に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
    前記燃焼器に設けられ、前記燃焼器のメタル温度を検知とするメタル温度計測手段と、
    前記メタル温度計測手段が検知した信号と予め設定された制限値とを比較して前記燃焼器のメタル温度が前記制限値を超過したか否かを判定する運転状態判定手段と、
    前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量に対する前記燃焼器のメタル温度の情報が格納されたメタル温度データベースと、
    前記運転状態判定手段からの判定信号と前記メタル温度データベースからの前記燃料ガスの流量に対する前記燃焼器のメタル温度の情報とを参照して、前記燃料流量調整手段への操作信号を生成して前記燃料調整手段を制御する操作信号生成手段とを備えた
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
    前記運転状態検知手段は、前記燃料供給源に設けられた機器の状態を検知するものである
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
  5. 少なくとも2つの異なる燃料性状の燃料ガスのいずれかを燃料系統を介して供給する燃料供給源と、
    空気を圧縮する圧縮機と,前記圧縮機から導入される高圧空気と前記燃料系統から供給された前記燃料ガスとを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と,前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンとからなるガスタービンと、
    前記燃料系統に設けられ、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、
    前記燃料供給源に設けられ、前記前記燃料供給源から供給される前記燃料ガスの燃料性状が切り替えられたことを検知する運転状態検知手段と、
    前記燃料供給源において前記燃料ガスの燃料性状の切り替えが生じた場合における、前記燃料ガスの燃料性状の時間変化情報が格納された燃料ガス性状データベースと、
    前記運転状態検知手段が検知した信号に応じて、前記燃料ガスの燃料性状の切り替えを判定し、前記燃料ガス性状データベースからの前記燃料ガスの燃料性状の時間変化情報を参照して、前記燃焼器に供給する前記燃料ガスの流量を制御する制御部とを備えた前記燃料ガスの発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御方法であって、
    前記制御部は、前記運転状態検知手段が検知した信号に応じて、前記燃料ガスの燃料性状の切り替えを判定する手順と、
    前記燃料ガスの燃料性状の切り替えに応じて、前記燃料ガス性状データベースからの前記燃料ガスの燃料性状の時間変化情報を参照して前記燃料流量調整手段への操作信号を生成する手順と、
    前記操作信号を前記燃料調整手段へ出力することで前記燃料ガスの流量を制御する手順とを備えた
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
  6. 請求項5に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
    前記燃焼器に設けた拡散燃焼方式バーナと予混合燃焼方式バーナと、
    前記燃料系統に設けられ、前記拡散燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する拡散燃料流量調整手段と、前記予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する予混合燃料流量調整手段と、
    前記拡散燃焼方式バーナと前記予混合燃焼方式バーナとに供給される前記燃料ガスの配分割合に対するNOx排出量の情報が格納されたNOxデータベースとを更に備え、
    前記制御部は、前記運転状態検知手段が検知した信号に応じて、前記燃料ガスの燃料性状の切り替えを判定する手順と、
    前記燃料ガスの燃料性状の切り替えに応じて、前記NOxデータベースからの前記拡散燃焼方式バーナと前記予混合燃焼方式バーナとに供給される前記燃料ガスの配分割合に対するNOx排出量の情報とを参照して、前記拡散燃料流量調整手段と前記予混合燃料流量調整手段とへの操作信号を生成する手順と、
    前記操作信号を出力して前記拡散燃料流量調整手段と前記予混合燃料流量調整手段とを制御して前記拡散燃焼方式バーナと前記予混合燃焼方式バーナとに供給される前記燃料ガスの配分割合を調整する手順とを備えた
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
  7. 請求項5に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
    前記燃焼器に設けられ、前記燃焼器のメタル温度を検知とするメタル温度計測手段と、
    前記メタル温度計測手段が検知した信号と予め設定された制限値とを比較して前記燃焼器のメタル温度が前記制限値を超過したか否かを判定する運転状態判定手段と、
    前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量に対する前記燃焼器のメタル温度の情報が格納されたメタル温度データベースとを更に備え、
    前記制御部は、前記運転状態判定手段からの判定信号と前記メタル温度データベースからの前記燃料ガスの流量に対する前記燃焼器のメタル温度の情報とを参照して、前記燃料流量調整手段への操作信号を生成する手順と、
    前記操作信号を前記燃料調整手段へ出力して前記燃料ガスの流量を制御する手順とを備えた
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
  8. 請求項5に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
    前記燃焼器に供給される燃料ガスの流量を前記燃料供給源から供給される燃料ガスの発熱量の変化に応じて調整する
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
  9. 請求項5乃至7のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
    前記運転状態検知手段は、前記燃料供給源に設けられた機器の状態を検知するものであって、前記制御部は、前記運転状態検知手段が検知した前記燃料供給源に設けられた機器の状態に基づき、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量の制御方法を切り替える
    ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
JP2013107257A 2013-05-21 2013-05-21 ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法 Pending JP2014227886A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013107257A JP2014227886A (ja) 2013-05-21 2013-05-21 ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013107257A JP2014227886A (ja) 2013-05-21 2013-05-21 ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014227886A true JP2014227886A (ja) 2014-12-08

Family

ID=52127977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013107257A Pending JP2014227886A (ja) 2013-05-21 2013-05-21 ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014227886A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6010489B2 (ja) 熱電可変型コジェネレーションシステム
US20120102967A1 (en) Method and system for preventing combustion instabilities during transient operations
JP6190670B2 (ja) ガスタービン燃焼システム
RU2540210C2 (ru) Способ управления режимом работы газовой турбины на основе температуры выхлопного газа и газовая турбина
US10202906B2 (en) Two-shaft gas turbine
JP5336346B2 (ja) 高温燃料燃焼器ハードウェアによって低温燃料へのベース負荷でタービンを運転する方法
US20070204625A1 (en) Methods and systems of variable extraction for compressor protection
US9803560B2 (en) Dynamic tuning of a gas turbine engine to detect and prevent lean blowout
US20070199330A1 (en) Methods and Systems of Variable Extraction for Gas Turbine Control
CN101240720A (zh) 在涡轮机停机序列期间测试超速保护系统的方法和系统
US20150184594A1 (en) Systems and methods to maintain stability of fuel flow in gas turbine engines
JP2013512379A (ja) 排気温度に基づくガスタービン用モード制御方法およびガスタービン
BRPI0617102A2 (pt) sistema de controle da turbina a gás para suprimir um aumento em uma velocidade de revolução de um turbina a gás e método para controlar uma turbina a gás de modo a suprir um aumento em velocidade de revolução
EP2565427B1 (en) Method for switching over a combustion device of a gas turbine engine from operation with a first premixed fuel to a second premixed fuel
WO2019130976A1 (ja) 制御装置、ガスタービン、制御方法及びプログラム
JP6023566B2 (ja) ガスタービン燃焼器及びその運転方法
KR20170053681A (ko) 건식 저공해 기관을 위한 벌크 화염 온도 조정기
Romoser et al. E-class late fuel staging technology delivers flexibility leap
JP5356340B2 (ja) ガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法
JP2014240635A (ja) ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法
JP7055894B2 (ja) ガスタービン用のバーナー及びバーナーの運転方法
Bonaldo et al. Engine testing using highly reactive fuels on Siemens industrial gas turbines
JP2014227886A (ja) ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法
JPWO2013058209A1 (ja) 希薄燃料吸入ガスタービン
CN118339372A (zh) 控制用于燃气涡轮的燃料共混物的系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20141006