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

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。

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