JP2015059571A - ガスタービンにおける２次火炎検出器の検出信頼性を増大するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】火炎検出信号を生成することによりガスタービン燃焼システムを動作させる。【解決手段】２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットが計算される。測定されたガスタービンパラメータのセットが測定される。測定されたパラメータのセットおよびモデル化されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号が生成される。システムは、２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットを計算するサブシステムおよび測定されたパラメータのセットを測定するサブシステムを含む。サブシステムは測定されたパラメータのセットおよびモデル化されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号を生成する。【選択図】図３

Description

本明細書に開示される主題は一般的にガスタービンにおける火炎を検出するための方法およびシステムに関し、および特にガスタービンにおける２次火炎検出器の検出信頼性を増大するための方法およびシステムに関する。

ガスタービンシステムは発電等の分野で広く利用されている。従来のガスタービンシステムは圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。従来のガスタービンシステムでは、圧縮空気は圧縮機から燃焼器に供給される。燃焼器に入る空気は燃料と混合されて燃焼される。燃焼器からタービンに流れる高温燃焼ガスはガスタービンシステムを駆動して発電する。

近年、ガスタービンからの低排出量の規制要件は発電設備における亜酸化窒素の排出量に厳しい制限を課している。ガスタービンシステムの排出量のための要件がより厳格になってきたので、このような要件を満たす１つのアプローチは、例えばＮＯｘおよびＣＯの排出量を削減するために燃焼器内で完全予混合動作モードで希薄燃料および空気の混合物を利用することである。これらの燃焼器は乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ：Ｄｒｙ Ｌｏｗ ＮＯｘ）燃焼システムとして当分野で知られている。これらの燃焼器は典型的に燃焼器の低負荷および中負荷動作のために点火される複数の１次ノズルを含む。完全予混合動作中に、１次ノズルは２次火炎を給送するために燃料を供給する。１次ノズルは典型的に中負荷から完全予混合モードまでのために利用される２次ノズルを囲む。

ＤＬＮ燃焼システムは典型的には予混合または１次ゾーンおよび２次ゾーンの両方を使用する。低温燃焼が強化空気燃料混合の直接の結果として２次ゾーンで起こる。燃焼はベース負荷で２次ゾーンでのみ、さらにまたハードウェアの損傷を避けるために厳密な起動および運転停止スケジュール上での燃焼ゾーンのいずれかまたは両方で起こる。

適切なゾーンまたは複数ゾーン内で火炎の存在を制御するためには、いずれのゾーンでも独立して火炎を感知しなければならない。典型的には、火炎センサは火炎放射線（以下、総称して「光」放射線と参照される）の赤外線、可視光線、紫外線またはこれらの３波長のいくつかの組み合わせの存在を連続的に感知し、次に制御システムにその存在を知らせる。

いくつかのＤＬＮシステムでは、燃焼モードの転移は２次火炎検出器による火炎の認識および／または確認を必要とする。いくつかの場合、これらの火炎検出器は光学系の曇りまたは損傷に起因して火炎を検出しない場合がある。火炎の検出の失敗は負荷および／またはモード変更時または水洗浄後のようなスタート後に失敗した転移を結果としてもたらす場合がある。失敗した転移は部分負荷での始動、運転停止、および／または連続動作を結果としてもたらす。

米国特許第７，９６６，８３４号明細書

本開示はガスタービンシステムの２次燃焼ゾーンでフレームアウト条件を検出する、および「誤った始動」を低減する火炎検出器の信頼性の問題に対する解決策を提供する。

１つの例示的な非限定的実施形態によれば、本発明は、２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットを計算するステップ、測定されたパラメータのセットを測定するステップ、および測定されたパラメータのセットおよびモデル化されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号を生成するステップを含む、ガスタービン燃焼システムを動作させるための方法に関する。

別の実施形態において、ガスタービン燃焼システムを動作させるためのシステムが提供される。システムは２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットを計算するサブシステムを含む。システムはまた測定されたパラメータのセットを測定するサブシステム、および測定されたパラメータのセットおよびモデル化されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号を生成するサブシステムを含む。

別の実施形態において、システムは圧縮機、２次燃焼ゾーンを有する燃焼器、およびタービンを有して提供される。システムは２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットを計算するサブシステム、および測定されたパラメータのセットを測定するサブシステムを含む。測定されたパラメータのセットおよびモデル化されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号を生成するサブシステムも含まれる。

本発明の他の特徴および利点は、例として本発明の特定の態様の原理を例説する添付図面と併せて以下の好適な実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう

図１は、ガスタービンシステムの概略図である。 図２は、火炎検出信号を生成するためのシステムを表すブロック図である。 図３は、２次燃焼ゾーン内の火炎を検出するための例示的な方法のフローチャートである。 図４は、２次燃焼ゾーン内の火炎を検出するための例示的な方法のフローチャートである。 図５は、ガスタービンを希薄−希薄動作モードから予混合動作モードに転移するための方法のフローチャートである。

上記に要約したように、本発明の実施形態はモデル化されたパラメータのセットを測定されたパラメータのセットに比較することに基づいて火炎検証信号を生成することによりガスタービンシステムを動作するためのシステムおよび方法を包含する。

次に図面を参照すると、図１はガスタービンシステム１００の一実施形態の簡略化された概略図を例示する。一般的に、ガスタービンシステム１００は圧縮機１０５、１つ以上の燃焼器１１０および圧縮機１０５に駆動的に結合されるタービン１１５を含んでもよい。ガスタービンシステム１００の動作中、圧縮機１０５は燃焼器１１０に圧縮空気を供給する。燃焼器１１０内で圧縮空気が燃料と混合され燃焼される。燃焼の高温ガスは、例えば発電機１２０を駆動することによりタービン１１５を回転させ仕事量を生成するために燃焼器１１０からタービン１１５に流れる。燃焼器１１０は燃焼ガスが個別に生成され集合的に吐出される個別の燃焼器缶（図示せず）の列を有する缶型燃焼器を含んでもよい。

加えて、ガスタービンシステム１００は圧縮機１０５に周囲の空気および場合によっては注入された水を供給するように構成された入口ダクト１２５を含んでもよい。入口ダクト１２５は入口ダクト１２５を通ってそして圧縮機１０５の１つ以上の入口ガイドベーン１３０に流入する周囲の空気の圧力損失に貢献するダクト、フィルタ、スクリーンおよび／または音吸収デバイスを有してもよい。ガスタービンシステム１００は熱回収蒸気発生システム（ＨＲＳＧ）１３１を含んでもよい。ＨＲＳＧ１３１は高温ガス流から熱を回収するエネルギー回収熱交換器である。それはプロセス（コジェネレーション）で使用されるかまたは蒸気タービン（図示せず）を駆動するために使用されることが可能な蒸気を生成する。さらに、ガスタービンシステム１００はタービン１１５の出口から燃焼ガスを方向付けするように構成された排気ダクト１３５を含んでもよい。排気ダクト１３５は音吸収材料および排出制御デバイスを含んでもよい。

さらに、ガスタービンシステム１００はコントローラ１４０を含んでもよい。一般的に、コントローラ１４０は本明細書に記載のように機能することができる任意の適切な処理ユニット（例えば、コンピュータまたは他のコンピューティングデバイス）を備えてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、コントローラ１４０はゼネラル・エレクトリック社ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（商標）ガスタービン制御システムを備えてもよい。コントローラ１４０は一般的にセンサ入力および人間のオペレータからの命令を使用してガスタービンシステム１００の動作を制御するために、コントローラのメモリに格納されたコンピュータ可読命令のプログラムを実行する１つ以上のプロセッサを含んでもよい。例えば、コントローラ１４０により実行されるプログラムは燃焼器１１０への燃料流量を調節するためのスケジューリングアルゴリズムを含んでもよい。別の例として、コントローラ１４０により生成されたコマンドはガスタービン上のアクチュエータに、例えば燃焼器１１０に流れる燃料の流れ、燃料スプリットおよび種類を調節する燃料供給および燃焼器１１０との間のバルブを調整する、圧縮機１０５の入口ガイドベーン１３０の角度を調整する、および／またはガスタービンシステム１００のための他の制御設定を有効にすることをさせてもよい。

スケジューリングアルゴリズムはコントローラ１４０を、例えばタービン排気中のＮＯｘおよびＣＯ排出を特定の所定の排出限界内に維持する、および燃焼器燃焼温度を所定の温度限界内に維持することを可能にしてもよい。このように、スケジューリングアルゴリズムは入力としてさまざまな動作パラメータを利用してもよいことが理解されるべきである。コントローラ１４０は次にガスタービンシステム１００の動作性境界に適合しながら性能目標を満たすようにガスタービンシステム１００をスケジュールするための（例えば、負荷条件、タービン排気温度および燃焼器燃料スプリットをサポートするための所望の速度を設定するための）アルゴリズムを適用してもよい。

図１をさらに参照すると、燃料制御システム１４５は燃料供給から燃焼器１１０に流れる燃料を、１次および２次燃料ノズルに流入する燃料との間のスプリット、および／または燃焼器１１０の燃焼室に流入する２次空気と混合される燃料の量を調節するように構成されてもよい。燃料制御システム１４５はまた燃焼器１１０のための燃料の種類を選択するように適応されてもよい。燃料制御システム１４５が個別のユニットとして構成されてもよい、またはコントローラ１４０の構成要素を備えてもよいことが理解されるべきである。

加えて、いくつかの実施形態において、ガスタービンシステム１００の動作はガスタービンシステム１００、発電機１２０および／または周囲環境のさまざまな動作パラメータを検出する複数のセンサ１５０により監視されてもよい。多くの例において、複数のセンサ１５０は同じ動作パラメータを測定するために利用されてもよい。例えば、複数のセンサ１５０（冗長な温度センサ）はガスタービンシステム１００を通って流れる流体の周囲温度、圧縮機入口温度、圧縮機吐出温度、タービン排気ガス温度、燃料温度、および／またはその他の温度を監視してもよい。同様に、複数のセンサ１５０（冗長な圧力センサ）は周囲の空気圧および圧縮機入口および出口の、タービン排気の、および流体がガスタービンシステム１００を通って流れている他の場所の静的および動的圧力レベルを監視してもよい。さらに、複数のセンサ１５０は圧縮機１０５の入口ダクト１２５内の周囲の特定の湿度を測定するために冗長な湿度センサ（例えば、乾湿球温度計）を含んでもよい。さらに、複数のセンサ１５０はまた流量センサ（例えば、燃料流量センサ、空気流量センサ、入口抽気（ブリード）熱流量センサ、他の質量流量センサおよび／または同様のもの）、速度センサ（例えば、タービン軸速度センサ）、火炎検出器センサ、バルブ位置センサ、ガイドベーン角度センサ、および／またはガスタービンシステム１００の動作に関連するさまざまなその他のパラメータを感知する同様のものを備えてもよい。

上記に示したように、本主題のいくつかの実施形態において、圧縮機１０５の１つ以上の動作パラメータ（例えば、圧縮機の質量流量、圧縮機の圧力比および／または同様のもの）はコントローラ１４０により監視されてもよい。このように、複数のセンサ１５０はこのような動作パラメータが監視されることを可能にするため圧縮機１０５内におよび／または隣接するさまざまな位置に配置されてもよい。例えば、複数のセンサ１５０は圧縮機の圧力比が監視されることを許可するために圧縮機入口および圧縮機出口内におよび／または隣接して配置されてもよい１つ以上の圧力センサを含んでもよい。同様に、複数のセンサ１５０は圧縮機１０５を通る質量流量が測定されることを可能にするため圧縮機１０５内におよび／または隣接して配置されてもよい１つ以上の流量センサを含んでもよい。

本明細書で使用される「パラメータ」という用語は、ガスタービンシステム１００内の規定された位置における温度、圧力、空気流量、ガス流量、ガス濃度、タービン速度、湿度などのようなガスタービンシステム１００の動作条件を定義するために使用されてもよい項目を指すこともまた理解されるべきである。いくつかのパラメータは測定されてもよく（例えば、センサ１５０を使用して）、およびこのように直接知られてもよい。他のパラメータはガスタービンモデルを使用して推定されるまたはモデル化されてもよく、およびこのように間接的に知られてもよい。測定されたおよび／またはモデル化されたパラメータは一般的に所与のタービン動作状態を表すために使用されてもよい。

低窒素酸化物の排出を生成する現在のガスタービン燃焼システムは低温燃焼が強化された空気燃料混合の直接の結果として起こる予混合または１次ゾーンおよび２次ゾーンの両方を典型的に使用する。燃焼はベース負荷での２次ゾーンでのみ、次にハードウェアの損傷を避けるために厳密な起動および運転停止スケジュール上の燃焼ゾーンのいずれかまたは両方で起こる。適切なゾーンまたは複数ゾーン内で火炎の存在を制御するためには、いずれのゾーンでも独立して火炎を感知しなければならない。１次および２次燃焼ゾーン内の火炎を感知するために、燃焼器１１０は１次火炎検出センサ１５５および２次火炎検出センサ１６０と共に提供されてもよい。典型的に、１次火炎検出センサ１５５および２次火炎検出センサ１６０は光放射線の存在を連続的に感知し、次にいずれかの燃焼ゾーンで火炎が不適切に表われた際にすぐに機能する制御システムにその存在を知らせる。１次火炎検出センサ１５５および２次火炎検出センサ１６０は生成された放射線に対して高い感度を維持しながら燃焼室により生成された強烈な熱から物理的に少し離れた距離に配置されなければならない。

図２に例説されるのは火炎検出信号（ＳＧＦＤＳ）２００を生成するためのシステムのハイレベルブロック図である。ＳＧＦＤＳ２００は２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットを計算するモデリングサブシステム２０５を含む。モデリングサブシステム２０５はガスタービンシステム１００のいくつかの動作パラメータを電子的にリアルタイムでモデル化するように構成された適応型リアルタイムエンジンシミュレーション（ＡＲＥＳ）モデルを備えてもよい。図１に示されるように、ガスタービンシステム１００は本明細書でＡＲＥＳ入力２１０と呼ばれる観察可能なパラメータのセットを有する。ＡＲＥＳ入力２１０はセンサ１５０により直接測定されてもよく、および：周囲の空気圧力（ＰＡＭＢ）および周囲の空気温度（ＴＡＭＢ）のような周囲条件、入口圧力差（ＤＰ−入口）（すなわち、周囲の空気圧力および入口ダクト１２５を出て圧縮機１０５に入る空気圧力との間の圧力差）、排気圧力差（ＤＰ−排気）（すなわち、周囲の空気圧力および排気ダクト１３５を通って流れる排気ガスの圧力との間の圧力差）、周囲の空気の特定の湿度（ＳＰＨＵＭ）、圧縮機入口温度（ＣＴＩＭ）、入口ガイドベーン１３０の角度（ＩＧＶ）、入口抽気熱流量（ＩＢＨ）（すなわち、圧縮機入口にリダイレクトされた圧縮機流量のパーセンテージ）、燃焼器１１０に供給される燃料の流量比率（Ｗ−ＦＵＥＬ）、燃料の温度（Ｔ−ＦＵＥＬ）、タービン軸の回転速度（ＳＰＥＥＤ）、タービン１１５のステージ１ノズルの有効面積（Ｓ１ＮＡ）、および発電機１２０の力率（ＰＦＡＣＴ）などを（制限なく）含んでもよい。

記載されているＡＲＥＳ入力２１０は例示であり、集収されてもよい感知された入力の一例を説明するために単に提供される。このように、モデリングサブシステム２０５の特定のＡＲＥＳ入力２１０は、例えば使用されるコントローラ１４０の種類、適用される特定のモデリングサブシステム２０５および／または特定のガスタービンインストールで入手可能なセンサ１５０に依存して変更してもよいことが理解されるべきである。換言すると、「ＡＲＥＳ」という用語が上述の測定されたパラメータの１つ１つが本明細書に開示されるガスタービンモデルに入力されなければならない、または任意のこのようなモデリングサブシステム２０５がこれらの入力を有しなければならないことを意味しないまたは必要としないことも理解されるべきである。このように、ＡＲＥＳ入力２１０は上述の測定されたパラメータのいくつかを含むだけでもよく、および／またはガスタービンシステム１００の他の測定された動作パラメータを含んでもよい。ＡＲＥＳ入力２１０という用語は、本明細書に開示されるモデリングサブシステム２０５の特定の実施形態について、これらの入力が実際のタービン条件の測定から得られてもよく、およびモデリングサブシステム２０５への入力として適用されてもよいことを単に示している。

図２に示されるように、ＡＲＥＳ入力２１０はガスタービンシステム１００の予測動作パラメータに対応するモデル化された出力値２１５を生成するためにモデリングサブシステム２０５により適用されてもよい。例えば、モデル化された出力値はモデル化されたタービン排気温度（ＴＴＸＭ_mod）モデル化された圧縮機吐出圧力（ＣＰＤ_mod）、およびモデル化された予想タービントルク（τ_mod）などを含んでもよい。モデル化された出力値２１５は２次燃焼ゾーン内に火炎が存在するという仮定に基づいて計算されてもよい。モデル化された出力値２１５は火炎検出ロジックモジュール２２０への入力として適用される。ＳＧＦＤＳ２００はまた測定し測定された入力２２５を提供する測定サブシステム２２１を含む。測定された入力２２５は燃焼力学監視プローブ（ＣＤＭ）、タービン排気温度（ＴＴＸＭ）、燃料ストローク基準コマンド（ＦＳＲ）、圧縮機吐出圧力（ＣＰＤ）、スワールチャートロジックからの測定値、およびガス圧力トランスミッタ（ＦＰＧ２）などからの測定値を含んでもよい。火炎検出ロジックモジュール２２０は測定されたパラメータおよびモデル化されたパラメータに基づいて火炎検証信号２３０を生成する。火炎検証信号２３０は火炎がオンまたはオフかどうかを示す。

図３に例説されるのは２次燃焼ゾーン内の火炎検出信号を生成する例示的な方法３００のフローチャートである。

この例において、ステップ３０５で、方法３００はタービントルクをモデル化し、モデル化されたタービントルク値ＴＴｍを提供する。モデル化されたタービントルク値はＡＲＥＳ入力２１０を使用してモデリングサブシステム２０５によりモデル化される。

ステップ３１０で、方法３００は実際のタービントルク（ＴＴａ）を測定する。実際のタービントルクＴＴａは発電機１２０に関連付けられた電流トランス（ＣＴ）および計器用トランス（ＰＴ）の測定値から導出されてもよい。圧縮機軸加速度の測定値（ＴＮＨＡ）はＴＮＨＡベースの過渡的慣性モデルを使用してグリッド過渡時の実際のパワーを補正するために使用されてもよい。

ステップ３１５で、方法３００はモデル化されたタービントルクＴＴｍおよび実際のタービントルクＴＴａとの間の差分が所定の限界以上であるか否かを判定する。

モデル化されたタービントルクおよび実際のタービントルクとの間の差分が所定の限界以上である場合、方法は火炎信号の喪失を生成する次のステップ３２０に進む。代替的に、モデル化されたタービントルクおよび実際のタービントルクとの間の差分が所定の限界未満である場合、方法はフレームオン信号を生成する次のステップ３２５に進む。

図４に例説されるのは２次燃焼ゾーン内の火炎検出信号を生成する例示的な方法４００のフローチャートである。

ステップ４０５で、方法４００は燃料消費なしに基づいて予想排気温度ＴＴＸＭｍをモデル化する。予想排気温度ＴＴＸＭｍのモデリングはＡＲＥＳ入力２１０およびモデリングサブシステム２０５を使用して達成される。

ステップ４１０で、方法４００は実際のタービン排気温度ＴＴＸＭａを測定する。

ステップ４１５で、方法４００はモデル化された排気温度ＴＴＸＭｍおよび実際の排気温度ＴＴＸＭａとの間の差分が所定の限界以上であるかどうか判定する。このステップは火炎検出ロジックモジュール２２０で行われてもよい。

モデル化された排気温度ＴＴＸＭｍおよび実際の排気温度ＴＴＸＭａとの間の差分が所定の限界以上である場合、方法は火炎信号の喪失を生成する次のステップ４２０に進む。代替的に、モデル化された排気温度ＴＴＸＭｍおよび実際の排気温度ＴＴＸＭａとの間の差分が所定の限界未満である場合、方法はフレームオン信号を生成する次のステップ４２５に進む。

他のモデル化されたおよび実際のパラメータは火炎検証信号２３０を生成するために、または火炎の喪失を示すために使用されてもよい。

例えば、複数の差動圧力変換器は燃焼力学監視システムに加えられてもよい。圧縮機吐出圧に対する燃焼器１１０内の燃焼室圧力を測定してもよい。測定された差圧が負荷に基づいた最小予想値よりも大きくない場合、火炎を有さないものとして燃焼室をカウントしてもよい。

火炎信号の喪失を示すもう１つの方法はセンサベースの有効電力に対するモデリングサブシステム２０５から導出される有効電力のモデルベース値を比較することである。センサベースの有効電力は高速ＰＧＥＮボード（大型蒸気タービン発電ロードアンバランス機能に使用される蒸気タービンアンロードバランスコントローラ）から導出されてもよい。センサベースの有効電力が有効電力のモデルベース値よりも小さい場合、次にシステムはフレームアウト信号を生成してもよい。

本明細書に記載の火炎検出方法論は起動処理を継続するための前提条件として起動時に火炎を検出するために使用されてもよい。圧縮機吐出温度（ＣＴＤ）および確立された基準値である燃焼基準温度（Ｃ＿ＣＲＴ）との間の温度差を使用してもよい。標準流量アルゴリズムは高温ガス通路内に貯留された残留熱を説明するために使用されてもよい。拡散アルゴリズムは（より高いレベルで）複数の燃焼室がフレームアウトしているシナリオを説明するために使用されてもよい。

別の例において、限定フレームアウトを検出するために拡散アルゴリズムを使用してもよい。またバルクフレームアウトを検出するために流量補償付き圧縮機吐出温度対排気温度アルゴリズムを使用してもよい。

図５に例説されるのはガスタービンの希薄−希薄動作モードから予混合動作モードに転移するための方法５００のフローチャートである。

ステップ５０５で、方法５００はカウンタまたはタイマーをゼロに設定する。

ステップ５１０で、方法５００は予混合モードへの転移を試行する。

ステップ５１５で、方法５００は２次燃料フローバルブを調整する。

ステップ５２０で、方法は火炎が検出されたか否かを判定する。火炎検出の表示はモデル化された出力値２１５を測定された入力２２５と比較し、火炎検証信号２３０を提供する火炎検出ロジックモジュール２２０の動作に基づく。

ステップ５２５で、火炎が検出された場合、次に方法５００はガスタービンを予混合動作モードへ転移する。

ステップ５３０で、方法５００はガスタービンの動作を予混合動作モードに継続する。

ステップ５３５で、火炎が検出されなかった場合、方法５００はカウンタまたはタイマーＮにＮ＝Ｎ＋１となるように増分を加算する。

ステップ５４０で、方法５００はカウンタが確定された閾値以下（例えば、Ｎ≦３）であるかどうか判定する。カウンタが確定された閾値以下である場合、方法５００は２次バルブを調整し（ステップ５１５）、火炎が存在するかどうかを再度テストする。

カウンタが所定の閾値を超えている場合（例えば、Ｎ＝４）、次にステップ５４５で方法５００はガスタービンシステム１００を希薄−希薄モードで依然として維持したままとする判断を下すようにオペレータに警告する。

火炎検出は、すべての燃焼器が同時にフレームアウトし高排気拡散が全く見られないという可能性を考慮して動作中に火炎の全喪失を検出するために使用されてもよい。加えて、火炎検出は開始処理を継続するための前提条件として起動時にフレームオン条件を検出するために使用されてもよい。火炎検出はまたバルブを閉じるために必要となる点を決定するために運転停止時にフレームオフ条件を検出するために使用されてもよい。

用語の定義はこの用語が一般的に使用される意味から逸脱する場合、出願人は特に指示がない限り以下に提供される定義を利用することを意図している。

本明細書で使用される専門用語は特定の実施形態を説明するためのみのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。用語の定義はこの用語が一般的に使用される意味から逸脱する場合、出願人は特に指示がない限り本明細書中に提供される定義を利用することを意図している。単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別の方法で示さない限り複数形も含むことを意図している。第１の、第２のなどの用語はさまざまな要素を記述するために使用されてもよいが、これらの要素はこれらの用語により限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語はある要素を別の要素と区別するために使用される。「および／または」という用語は任意の、およびすべての、関連する記載項目のうちの１つ以上の組み合わせを含む。「に結合された」および「と結合された」という語句は直接的または間接的な結合を想定している。

この書面による説明は最良の形態を含む本発明を開示し、および任意のデバイスまたはシステムを製作しかつ任意の組込み方法を実行することを含む、本発明を当業者が実施することをもまた可能にするために例を使用する。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲により定義され、当業者が想到するその他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、または同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。

１００ ガスタービンシステム（２３）
１０５ 圧縮機（１２）
１１０ 燃焼器
１１５ タービン（６）
１２０ 発電機（４）
１２５ 入口ダクト（７）
１３０ 入口ガイドベーン（３）
１３１ ｈｒｓｇ（２）、熱回収蒸気発生システム（ＨＲＳＧ）
１３５ 排気ダクト（５）
１４０ コントローラ（１１）
１４５ 燃料制御システム（３）
１５０ センサ
１５５ １次火炎検出センサ（２）
１６０ ２次火炎検出センサ（２）
２００ ｓｇｆｄｓ（２）、火炎検出信号（ＳＧＦＤＳ）
２０５ モデリングサブシステム（１０）
２１０ 入力（９）、ＡＲＥＳ入力
２１５ モデル化された出力値（４）
２２０ 火炎検出ロジックモジュール（４）
２２１ 測定サブシステム
２２５ 測定された入力（３）
２３０ 火炎検証信号（２）
３００ ２次燃焼ゾーン内の火炎検出信号を生成する方法
３０５ ステップ−タービントルクのモデル化およびモデル化されたタービントルク値ＴＴｍを提供
３１０ ステップ−実際のタービントルクを測定
３１５ ステップ−モデル化されたタービントルクＴＴｍおよび実際のタービントルクＴＴａとの間の差分が所定の限界以上であるか否かを判定
３２０ ステップ−火炎信号の喪失を生成
３２５ ステップ−フレームオン信号を生成
４００ 方法−２次燃焼ゾーン内の火炎検出信号を生成するための
４０５ ステップ−燃料消費なしに基づいて予想排気温度をモデル化
４１０ ステップ−実際のタービン排気温度を測定
４１５ ステップ−モデル化された排気温度および実際の排気温度との間の差分が所定の限界以上であるかどうかを判定
４２０ ステップ−火炎信号の喪失を生成
４２５ ステップ−フレームオン信号を生成
５００ 方法−ガスタービンを希薄−希薄動作モードから予混合動作モードに転移するための
５０５ ステップ−カウンタまたはタイマーをゼロに設定
５１０ ステップ−予混合モードへの転移を試行
５１５ ステップ−２次燃料フローバルブを調整
５２０ ステップ−火炎が検出されたか否かを判定
５２５ ステップ−ガスタービンを予混合動作モードに転移
５３０ ステップ−ガスタービン動作を予混合動作モードで継続
５３５ ステップ−カウンタまたはタイマーに増分を追加
５４０ ステップ−カウンタが確定された閾値以下であるかどうかを判定
５４５ ステップ−オペレータに判断を行うよう警告

Claims (20)

1. ガスタービン燃焼システムを動作させるための方法であって、
   ２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットを計算するステップと、
   測定されたパラメータのセットを測定するステップと、
   前記測定されたパラメータのセットおよび前記モデル化されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号を生成するステップと、
   を備える方法。
2. 前記測定されたパラメータのセットは、燃焼力学監視プローブ、タービン排気温度測定値、圧縮機吐出圧力測定値、スワールチャートロジック、およびガス圧力トランスミッタ測定値からの測定値から成るグループ中から選択される少なくとも１つを備える請求項１に記載の方法。
3. モデル化されたパラメータを計算するステップは予想されるタービントルクを計算するステップを備え、および前記測定されたパラメータのセットは実際のタービントルクである請求項１に記載の方法。
4. 前記モデル化されたパラメータのセットを計算するステップは予想される排気温度を計算するステップを備え、および前記測定されたパラメータは実際の排気温度である請求項１に記載の方法。
5. モード転移を試行するステップと、
   前記火炎検証信号が前記２次燃焼ゾーン内に火炎が存在しないことを示している場合、２次燃料バルブを調整するステップと、
   をさらに備える請求項１に記載の方法。
6. 前記２次燃料バルブが所定の回数調整されたか否かを判定するステップと、
   前記２次燃料バルブが前記所定の回数調整された場合、次にモード転移でのさらなる試行を停止するステップと、
   をさらに備える請求項５に記載の方法。
7. モード転移を試行するステップは希薄−希薄動作モードから予混合動作モードへの転移を試行するステップを備える請求項５に記載の方法。
8. モデル化されたパラメータのセットを計算するステップは適応型リアルタイムエンジンシミュレーションモデルを使用してモデル化されたパラメータのセットを計算するステップを備える請求項１に記載の方法。
9. ガスタービン燃焼システムを動作させるためのシステムであって、
   ２次燃焼ゾーン内に火炎が存在する際に予想されるモデル化されたパラメータのセットを計算するサブシステムと、
   測定されたパラメータのセットを測定するサブシステムと、
   前記測定されたパラメータのセットおよび前記モデル化されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号を生成するサブシステムと、
   を備えるシステム。
10. 前記測定されたパラメータのセットは、燃焼力学監視プローブ、タービン排気温度測定値、圧縮機吐出圧力測定値、スワールチャートロジック、およびガス圧力トランスミッタ測定値からの測定値から成るグループから選択される少なくとも１つを備える請求項９に記載のシステム。
11. モデル化されたパラメータを計算する前記サブシステムは予想されるタービントルクを計算するサブシステムを備え、測定されたパラメータのセットを測定する前記サブシステムは実際のタービントルクを測定するサブシステムを備える請求項９に記載のシステム。
12. モデル化されたパラメータを計算する前記サブシステムは予想される排気温度を計算するサブシステムを備え、測定されたパラメータのセットを測定する前記サブシステムは実際の排気温度を測定するサブシステムを備える請求項９に記載のシステム。
13. モード転移を試行するサブシステムと、
    前記火炎検証信号が前記２次燃焼ゾーン内に火炎が存在しないことを示す場合、２次燃料バルブを調整するサブシステムと、
    をさらに備える請求項９に記載のシステム。
14. 前記２次燃料バルブが所定の回数調整されたか否かを判定するサブシステムと、
    前記２次燃料バルブが前記所定の回数調整された場合にモード転移でさらなる試行を停止するサブシステムと、
    をさらに備える請求項１３に記載のシステム。
15. モード転移を試行する前記サブシステムは希薄−希薄動作モードから予混合動作モードへの転移を試行するサブシステムを備える請求項１３に記載のシステム。
16. モデル化されたパラメータのセットを計算する前記サブシステムは適応型リアルタイムエンジンシミュレーションモデルを使用してモデル化されたパラメータのセットを計算するサブシステムを備える請求項９に記載のシステム。
17. システムであって、
    圧縮機（１０５）と、
    ２次燃焼ゾーンを有する燃焼器（１１０）と、
    タービン（１１５）と、
    モデル化されたパラメータのセットおよび測定されたパラメータのセットに基づいて火炎検証信号を生成するサブシステムと、
    を備えるシステム。
18. 前記タービン（１１５）に結合された機械的な負荷をさらに備える請求項１７に記載のシステム。
19. 前記タービン（１１５）と結合された熱回収蒸気発生器をさらに備える請求項１８に記載のシステム。
20. 分散プラント制御システムをさらに備える請求項１９に記載のシステム。