JP2015147201A

JP2015147201A - ガスタービンプラントの制御装置、ガスタービンプラント、及びガスタービンの脱硝制御方法

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Publication number: JP2015147201A
Application number: JP2014022857A
Authority: JP
Inventors: 靖史荒生; Yasushi Arao; 山口　剛; Takeshi Yamaguchi; 山口　　剛
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: JP6290645B2

Abstract

【課題】脱硝装置に供給するアンモニア量をより精度良く求める、ことを目的とする。【解決手段】ガスタービンプラント１０は、燃焼ガスを生成する燃焼器２２と、燃焼ガスにより駆動するタービン２４と、を備えるガスタービン１２と、タービン２４から排出される排ガスに含まれるＮＯｘをアンモニアによって除去する脱硝装置１６と、を備える。そして、ガスタービン１２の制御装置１８は、タービン２４入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値に基づいて、排ガスに含まれるＮＯｘ発生量を算出し、算出したＮＯｘ発生量に基づいて、脱硝装置１６へ供給するアンモニア量を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンプラントの制御装置、ガスタービンプラント、及びガスタービンの脱硝制御方法に関するものである。

ガスタービンから排出される排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。
排ガスからＮＯｘを除去するために、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤とした脱硝装置を用いて、ＮＯｘとＮＨ_３を反応させて無害な窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に分解することが行われている。

脱硝装置に供給するアンモニア量の制御方法として、特許文献１には、ガスタービンからの排ガス量に予め設定した脱硝装置の出口におけるＮＯｘ濃度と脱硝装置の入口におけるＮＯｘ濃度の現在値との偏差から計算されるＮＯｘ量に対応するアンモニア量に、出口ＮＯｘ濃度をフィードバックした補正を加えることや、ガスタービンの負荷変動によって先行して供給するアンモニア量を設定し更に補正することが開示されている。

特開２００３−８００２６号公報

特許文献１に開示されているような方法は、ガスタービンからの排ガス量、脱硝装置の入り口に備えられたＮＯｘ計の検出値、ガスタービンの出力値を用いるものである。このうち、ＮＯｘ計は検出に時間遅れがあり、ガスタービンの出力は大気の温度変化によって変動する等の問題があった。
このため、脱硝装置に供給するアンモニア量を、精度良く求めることができない場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、脱硝装置に供給するアンモニア量をより精度良く求めることができる、ガスタービンプラントの制御装置、ガスタービンプラント、及びガスタービンの脱硝制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスタービンプラントの制御装置、ガスタービンプラント、及びガスタービンの脱硝制御方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係るガスタービンプラントの制御装置は、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えるガスタービンと、前記タービンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアによって除去する脱硝装置と、を備えるガスタービンプラントの制御装置であって、前記タービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値に基づいて、前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物の発生量を算出するＮＯｘ量算出手段と、前記ＮＯｘ量算出手段によって算出された前記窒素酸化物の発生量に基づいて、前記脱硝装置へ供給するアンモニア量を算出するアンモニア量算出手段と、を備える。

本構成によれば、ガスタービンプラントは、燃焼器によって生成された燃焼ガスにより駆動するタービン、及びタービンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニアによって除去する脱硝装置を備える。

ガスタービンプラントの制御装置は、タービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値に基づいて、ＮＯｘ量算出手段によって、排ガスに含まれるＮＯｘの発生量を算出する。

ガスタービンにおけるＮＯｘ発生量は、燃焼ガスの燃焼温度、すなわち燃焼ガスが流入するタービン入口の燃焼ガス温度に大きく依存する。また、ＮＯｘの発生量は、大気温度にも依存する。大気温度が変化すると空気密度も変化し、燃焼器に供給される圧縮空気の密度が変化するためである。このため、例えば、ガスタービンの出力値に基づくＮＯｘの発生量の算出では、大気温度が反映されていないため、算出したＮＯｘの発生量と実測値とに差が生じる場合があった。
一方、燃焼負荷指令値は、タービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した値であるため、ＮＯｘの発生量と相関関係があり、大気温度も反映されている。このため、燃焼負荷指令値を用いることで、より正確にＮＯｘの発生量が算出される。

そして、アンモニア量算出手段によって、算出された窒素酸化物の発生量に基づいて、脱硝装置へ供給するアンモニア量が算出される。

このように、本構成は、タービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値を用いて脱硝装置へ供給するアンモニア量を算出するので、脱硝装置に供給するアンモニア量をより精度良く求めることができる。

上記第一態様では、前記脱硝装置の入口における窒素酸化物の発生量を検出するＮＯｘ量検出手段を備え、前記アンモニア量算出手段は、前記ガスタービンの負荷が変化する場合に、前記ＮＯｘ量算出手段によって算出された前記窒素酸化物の発生量に基づいてアンモニア量を算出し、前記ガスタービンの負荷が変化しない場合に、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出された前記窒素酸化物の発生量に基づいてアンモニア量を算出することが好ましい。

本構成によれば、ＮＯｘ量検出手段によって脱硝装置の入口における窒素酸化物の量が検出される。また、燃料や空気量の増減、燃料の燃焼に用いるノズルの数が切り替られること等によって、ガスタービンの負荷が変化される。ガスタービンの負荷が変化すると、窒素酸化物の発生量も変化する。
ＮＯｘ量検出手段は、ＮＯｘの検出に時間遅れが生じる。このため、ガスタービンの負荷が変化する場合に、ＮＯｘ量検出手段によって検出された窒素酸化物の発生量に基づいてアンモニア量を算出することは好ましくない。一方、ガスタービンの負荷が変化しない場合は、窒素酸化物の発生量に変化は無いので、ＮＯｘ量検出手段の検出に時間遅れがあったとしても、ＮＯｘ量検出手段は窒素酸化物の発生量を正しく検出していると考えられる。そして、アンモニアの供給量は、演算により求められた窒素酸化物の発生量に基づいて算出されるよりも、正しい値ならば実際に検出された窒素酸化物の発生量に基づいて算出される方が、より好ましいと考えられる。

そこで、ガスタービンの負荷が変化する場合に、ＮＯｘ量算出手段によって算出された窒素酸化物の発生量に基づいてアンモニア量が算出され、ガスタービンの負荷が変化しない場合に、ＮＯｘ量検出手段によって検出された窒素酸化物の発生量に基づいてアンモニア量が算出される。
従って、本構成は、脱硝装置に供給するアンモニア量をより精度良く求めることができる。

上記第一態様では、前記アンモニア量算出手段が、窒素酸化物に対して反応させるアンモニアのモル比を、前記燃焼負荷指令値に基づいて算出することが好ましい。

本構成によれば、脱硝装置に供給するアンモニア量をより精度良く求めることができる。

本発明の第二態様に係るガスタービンプラントは、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えるガスタービンと、前記タービンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアによって除去する脱硝装置と、上記記載の制御装置と、を備える。

本発明の第三態様に係るガスタービンプラントの脱硝制御方法は、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えるガスタービンと、前記タービンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアによって除去する脱硝装置と、を備えるガスタービンプラントの脱硝制御方法であって、前記タービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値に基づいて、前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物の発生量を算出する第１工程と、前記第１工程によって算出された前記窒素酸化物の発生量に基づいて、前記脱硝装置へ供給するアンモニア量を算出する第２工程と、を含む。

本発明によれば、脱硝装置に供給するアンモニア量をより精度良く求めることができる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係るガスタービンの構成図である。本発明の実施形態に係る燃焼器のノズルの配置を示す模式図である。本発明の実施形態に係るガスタービンの運転に伴う燃料制御方法を示す説明図である。ガスタービンの負荷とＮＯｘ発生量と大気温度との関係を示すグラフである。ＣＬＣＳＯとＮＯｘ発生量を示すグラフである。本発明の実施形態に係る制御装置で行われるアンモニア量算出処理の流れを示すブロック図である。従来に係るＣＬＣＳＯ、脱硝装置へ供給するアンモニア量、発電機出力、煙突の入り口における排ガスに含まれるアンモニア量、及び煙突の入り口における排ガスに含まれるＮＯｘ濃度の時間変化を示すグラフである。本実施形態に係るＣＬＣＳＯ、脱硝装置へ供給するアンモニア量、発電機出力、煙突の入り口における排ガスに含まれるアンモニア量、及び煙突の入り口における排ガスに含まれるＮＯｘ濃度の時間変化を示すグラフである。

以下に、本発明に係るガスタービンプラントの制御装置、ガスタービンプラント、及びガスタービンの脱硝制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るガスタービンプラント１０の構成図である。

本実施形態に係るガスタービンプラント１０は、ガスタービン１２、発電機１４、脱硝装置１６、及び制御装置１８を備える。

ガスタービン１２は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機２０と、圧縮機２０によって生成された圧縮空気と燃料とを燃焼させることによって燃焼ガスを生成する燃焼器２２と、燃焼器２２によって生成された燃焼ガスにより駆動し、排ガスを排気するタービン２４と、を備える。
なお、タービン２４、圧縮機２０、及び発電機１４は、回転軸２６によって連結され、タービン２４に生じる回転駆動力は、回転軸２６によって圧縮機２０及び発電機１４に伝達される。そして、発電機１４は、タービン２４の回転駆動力によって発電し、発電した電力を商用電力系統へ供給する。

ガスタービン１２からの排ガスの発生量（以下「排ガス量」という。）は、排ガス量検出部３０によって検出される。

脱硝装置１６は、タービン２４からの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を、アンモニア（ＮＨ_３）を用いて除去する。脱硝装置１６には、アンモニア貯蔵部３２に貯蔵されたアンモニアが供給される。なお、アンモニアの供給量（以下「アンモニア量」という。）は、流量調整バルブ３４によって調整される。脱硝された排ガスは、煙突３６から系外へ放出される。
また、脱硝装置１６の入り口には、排ガスに含まれるＮＯｘの発生量（以下「ＮＯｘ発生量」という。）を検知する検知手段であるＮＯｘ計３８が設けられている。

制御装置１８は、ガスタービンプラント１０の全体の制御を司る。制御装置１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

本実施形態に係る制御装置１８は、ＮＯｘ発生量に基づいて、脱硝装置１６へ供給するアンモニア量を算出する。そして、制御装置１８は、算出したアンモニア量に基づいた弁開度指令値を、流量調整バルブ３４へ出力する。

ここで、燃焼器２２には、図２に示されるように、燃料を供給するパイロットノズル４０、メインノズル４２、及びトップハットノズル４４が設けられている。
パイロットノズル４０は、内筒の中央に１本設けられる。
メインノズル４２は、内筒内でパイロットノズル４０の周囲で周方向に複数（本実施形態では８個）隣接して設けられる。このメインノズル４２は、複数の群に分けて構成されている。本実施形態では、図２に示されるように、８本のメインノズル４２は、３本並ぶメインノズル４２を１つの群としたＡ群（第１群）のメインノズル４２（Ａ）と、該Ａ群に隣接して２本並ぶメインノズル４２を１つの群としたＢ群（第２群）のメインノズル４２（Ｂ）と、残り３本並ぶメインノズル４２を１つの群としたＣ群のメインノズル４２（Ｃ）とで構成される。
トップハットノズル４４は、外筒の内周面に沿って、メインノズル４２のさらに周囲で周方向に複数（本実施形態では１６本）隣接して設けられる。

図３は、ガスタービン１２の運転に伴う燃料制御方法を示す説明図である。

ガスタービン１２を始動する前の停止状態から燃焼器２２を着火させてガスタービン１２を始動する際、パイロットノズル４０から噴射した燃料により火炎を発生させる。かつ、全群のメインノズル４２の８本から燃料を噴射させて燃焼ガスを生成させる。次に、燃焼器２２で着火状態となると、Ｂ群及びＣ群への燃料供給弁を閉塞状態とする。すなわち、Ａ群のメインノズル４２の３本のみから燃料を噴射させたままで燃焼ガスを生成させる。そして、昇速運転の範囲として、ガスタービン１２の回転軸２６の回転速度が所定速度（例えば３６００ｒｐｍ）に至るまで、Ａ群のメインノズル４２への燃料の供給量を漸次増加させる。次に、回転軸２６の回転速度が所定速度（例えば３６００ｒｐｍ）に至った場合、下記の加負荷運転に移行し、ガスタービン１２の着火昇速時での燃料制御を終了する。

続いて、ガスタービン１２の加負荷運転での燃料制御を説明する。

図３に示されるように、加負荷運転において、上記昇速時でＡ群のメインノズル４２の３本から燃料を噴射させた状態から、ガスタービン１２の回転軸２６の回転速度が所定速度（例えば３６００ｒｐｍ）に到達後、Ａ群のメインノズル４２に加え、Ａ群に隣接するＢ群のメインノズル４２から燃料を噴射させ、これらＡ群及びＢ群のメインノズル４２の５本からの燃料により燃焼ガスを生成させる。次に、Ａ群及びＢ群のメインノズル４２への燃料の供給量を漸次増加させ、ガスタービン１２が所定の第１負荷（例えば８％〜１０％負荷）に至った場合、全群のメインノズル４２から燃料を噴射させ、この全群のメインノズル４２の８本からの燃料により燃焼ガスを生成させる。次に、全群のメインノズル４２への燃料の供給量を漸次増加させ、ガスタービン１２が所定の第２負荷（例えば１５％負荷）に至った場合、圧縮空気にトップハットノズル４４から噴射した燃料を混合させて燃料混合気を生成し、この燃料混合気を内筒内に流し込む。そして、ガスタービン１２が１００％負荷に至るまでこの状態を維持し、ガスタービン１２の加負荷運転での燃料制御を終了する。

図３に示されるように、減負荷運転において、全群のメインノズル４２への燃料の供給量を漸次減少させ、ガスタービン１２の１００％負荷から所定の第３負荷（例えば１２％負荷）に至るまで、この状態を維持する。すなわち、全群のメインノズル４２から噴射した燃料により燃焼ガスを生成させ、かつトップハットノズル４４から噴射した燃料を圧縮空気に混合させて燃料混合気を生成し、この燃料混合気を内筒内に流し込む。そして、ガスタービン１２が所定の第３負荷（例えば１２％負荷）に至った場合、トップハットノズル４４からの燃料の噴射を止める。次に、全群のメインノズル４２への燃料の供給量を漸次減少させ、ガスタービン１２が所定の第４負荷（例えば８％負荷）に至った場合、Ｃ群のメインノズル４２からの燃料の噴射を止め、Ａ群及びＢ群のメインノズル４２からの燃料により燃焼ガスを生成させる。その後、ガスタービン１２を停止する際、Ａ群及びＢ群のメインノズル４２への燃料の供給量を漸次減少させ、ガスタービン１２の回転軸２６が昇速運転の回転速度（例えば３６００ｒｐｍ）に至った場合、全群のメインノズル４２からの燃料の噴射を止める。さらに、パイロットノズル４０への燃料を遮断し、ガスタービン１２の減負荷運転での燃料制御を終了する。

以上のように、本実施形態に係る燃焼器２２は、燃料を供給する複数のメインノズル４２が少なくとも２つの群に分けた形態で構成される。そして、燃焼器２２の着火時は、全群のメインノズル４２から燃料を供給し、その後のガスタービン１２の昇速時には、少なくとも１つの群のメインノズル４２から燃料を供給する。
このように、燃料や空気量の増減、燃料の燃焼に用いるノズルの数が切り替られること等によって、ガスタービン１２の負荷が変化される。ガスタービン１２の負荷が変化すると、ＮＯｘ発生量も変化する。また、燃焼させるノズルの数を増やすことによって燃焼ガスが高温化するが、これに伴い、ＮＯｘ発生量も増加する。

ここで、ＮＯｘ計３８は、ＮＯｘ発生量の検知に時間遅れ（例えば２分程度）が生じるという問題があった。そこで、ガスタービン１２の出力値に基づいてＮＯｘ発生量を算出することも行われていた。

図４は、ガスタービン１２の負荷とＮＯｘ発生量と大気温度との関係を示すグラフである。図４の横軸はガスタービン１２の負荷を示し、縦軸はＮＯｘ発生量を示す。そして、Ｔ１Ｃは、圧縮機２０の入口温度、すなわち大気温度である。領域Ａは、燃焼に用いるノズルを切り替える前後のＮＯｘ発生量を示す。また、領域Ｂは、ＮＯｘ発生量を低くするためのノズルの切り替えが完了する前後のＮＯｘ発生量を示す。領域Ｃは、燃焼ガスの高温化によるＮＯｘ発生量の増加を示す。
図４に示されるように、ＮＯｘ発生量は、大気温度にも依存する。大気温度が変化すると空気密度も変化し、燃焼器２２に供給される圧縮空気の密度が変化するためである。このため、ガスタービン１２の負荷が同じであっても、時間、天候、及び季節によってＮＯｘ発生量は変化する。従って、ガスタービン１２の出力値に基づいてＮＯｘ発生量を算出しても、大気温度が反映されていないため、算出したＮＯｘ発生量と実測値とに差が生じる場合があった。

そこで、制御装置１８は、タービン２４入口の燃焼ガス温度（以下「タービン入口温度」という。）を無次元化した燃焼負荷指令値（Combustion Load Control Signal Output 以下「ＣＬＣＳＯ」という。）に基づいて、排ガスに含まれるＮＯｘ発生量を算出する。

ＣＬＣＳＯは、大気温度、圧縮機２０の入口案内翼（Inlet Guide Vane：ＩＧＶ）の開度、及びガスタービン１２の出力値を示すＧＴ出力値に基づく先行信号であり、ガスタービン１２の燃料配分に使用する制御パラメータでもあり、ＣＬＣＳＯとタービン入口温度とは略比例関係にある。
より具体的には、圧縮機２０のＩＧＶ開度、ＩＧＶ開度における各吸気温度において、タービン入口温度はガスタービン出力（発電機出力）に対してリニアとして扱うことができる。そこで、ガスタービン出力（発電機出力）からタービン入口温度、即ちＣＬＣＳＯが算出される。
なお、ＣＬＣＳＯの詳細については、特開２００７−７７８６６号公報、特開２００７−７７８６７号公報、及び特開２００７−３０９２７９号公報に記載されている。

図５は、ＣＬＣＳＯとＮＯｘ発生量との関係を示すグラフである。図５の横軸はＣＬＣＳＯを示し、縦軸はＮＯｘ発生量を示す。
図５に示されるように、図４の領域Ｃで見られたタービン入口温度による影響はなく、タービン入口温度Ｔ１Ｃが異なっていても、ＣＬＣＳＯに対するＮＯｘ発生量に違いはない。

このように、ＣＬＣＳＯは、タービン入口温度を無次元化した値であるため、ＮＯｘ発生量と相関関係があり、大気温度も反映されている。このため、ＣＬＣＳＯを用いることでより正確にＮＯｘ発生量が算出される。

なお、タービン入口温度を無次元化した値とは、仮にタービン入口温度が７００℃であるときに対応する燃焼負荷指令値を０％、１５００℃であるときに対応するＣＬＣＳＯを１００％と設定可能である。また、ＣＬＣＳＯを算出するための基準となるタービン入口における燃焼ガス温度は、７００℃と１５００℃に限定するものではなく、適宜、設定可能とする。

図６は、制御装置１８で行われるＣＬＣＳＯを用いて脱硝装置１６へ供給するアンモニア量を算出する処理（以下「アンモニア量算出処理」）の流れを示すブロック図である。

ＣＬＣＳＯ演算部５０は、不図示の温度センサにより計測された大気温度が入力されると共に、圧縮機２０の入口案内翼の開度Ｉ_ＧＶを示す開度指令値、及びＧＴ出力値が入力される。そして、ＣＬＣＳＯ演算部５０は、これら入力された大気温度、Ｉ_ＧＶ開度指令値、及びＧＴ出力値に基づいてＣＬＣＳＯを算出する。
ＣＬＣＳＯ演算部５０によって算出されたＣＬＣＳＯは、ＮＯｘ量算出部５２及びモル比算出部５４に入力される。

ＮＯｘ量算出部５２は、ＣＬＣＳＯに基づいて、タービン２４からの排ガスに含まれるＮＯｘ発生量を算出する。ＮＯｘ量算出部５２は、一例として、ＣＬＣＳＯとＮＯｘ発生量との関係を示す関数（静特性関数）を予め記憶し、該関数にＣＬＣＳＯを代入することで、ＮＯｘ発生量を算出する。また、これに限らず、ＮＯｘ量算出部５２は、例えば、ＣＬＣＳＯとＮＯｘ発生量との関係を示すグラフを予め記憶し、該グラフからＣＬＣＳＯに応じたＮＯｘ発生量を読み出す等してもよい。
算出されたＮＯｘ発生量（以下「算出ＮＯｘ発生量」という。）は、切替部５６へ出力される。なお、算出ＮＯｘ発生量の単位はｐｐｍである。

モル比算出部５４は、ＮＯｘに対して反応させるアンモニアのモル比を算出する。モル比算出部５４は、一例として、ＣＬＣＳＯとモル比との関係を示す関数（静特性関数）を予め記憶し、該関数にＣＬＣＳＯを代入することで、モル比を算出する。また、これに限らず、モル比算出部５４は、例えば、ＣＬＣＳＯとモル比との関係を示すグラフを予め記憶し、該グラフからＣＬＣＳＯに応じたモル比を読み出す等してもよい。
算出されたモル比は、乗算部５８へ出力される。

また、切替部５６には、ＮＯｘ計３８で検出されたＮＯｘ発生量（以下「検出ＮＯｘ発生量」という。）が入力される。なお、検出ＮＯｘ発生量の単位はｐｐｍである。

切替部５６には、ガスタービン１２の負荷が変化することを示す負荷変化信号が入力される。切替部５６は、負荷変化信号が入力される場合に、算出ＮＯｘ発生量を乗算部６０へ出力し、負荷変化信号が入力されない場合に、検出ＮＯｘ発生量を乗算部６０へ出力する。

乗算部６０には、排ガス量検出部３０によって検出された排ガス量（ｍ^３Ｎ／ｈ）が入力される。
そして、乗算部６０は、切替部５６から出力された算出ＮＯｘ発生量又は検出ＮＯｘ発生量に排ガス量を乗算することで、ＮＯｘ発生量（ｍ^３Ｎ／ｈ）を算出し、乗算部５８へ出力する。

乗算部５８は、モル比算出部５４から出力されたモル比と乗算部６０から出力されたＮＯｘ発生量とを乗算することで、ＮＯｘ発生量に対するアンモニア量を算出し、換算部６２へ出力する。

ここで、切替部５６によって算出ＮＯｘ発生量と検出ＮＯｘ発生量とを切り替える理由を説明する。
上述したように、ＮＯｘ計３８は、ＮＯｘの検出に時間遅れが生じる。このため、ガスタービン１２の負荷が変化する場合に、ＮＯｘ計３８によって検出されたＮＯｘ発生量に基づいてアンモニア量を算出することは好ましくない。
一方、ガスタービン１２の負荷が変化しない場合は、ＮＯｘ発生量に変化は無いので、ＮＯｘ計３８の検出に時間遅れがあったとしても、ＮＯｘ計３８はＮＯｘ発生量を正しく検出していると考えられる。そして、アンモニアの供給量は、演算により求められたＮＯｘ発生量に基づいて算出されるよりも、正しい値ならば実際に検出されたＮＯｘ発生量に基づいて算出される方が、より好ましいと考えられる。
このため、切替部５６は、負荷変化信号が入力された場合には、算出ＮＯｘ発生量を出力し、負荷変化信号が入力されない場合には、検出ＮＯｘ発生量を出力する。

また、検出ＮＯｘ発生量を用いてアンモニア量を算出する場合は、モル比算出部５４は、モル比をＣＬＣＳＯではなく、ガスタービン１２の出力値を用いて算出してもよい。

換算部６２は、乗算部５８から出力されたアンモニア量に換算係数を乗算することで、ｇ／ｈに換算してアンモニア量設定値とし、減算部７２へ出力する。

なお、モル比算出部５４、乗算部５８，６０、及び換算部６２が、本実施形態に係るアンモニア量算出部７０を構成する。

減算部７２は、脱硝装置１６へ供給するアンモニア量の実測値（以下「実アンモニア量」という。）からアンモニア量設定値を減算し、減算値を弁開度算出部７４へ出力する。すなわち、減算部７２によってアンモニア量のフィードバック制御が行われることとなる。

弁開度算出部７４は、減算部７２から出力された減算値に基づいて、流量調整バルブ３４の弁開度を算出し、流量調整バルブ３４へ出力する。
流量調整バルブ３４は、入力された弁開度に基づいて、その開度を調整し、アンモニア貯蔵部３２から脱硝装置１６へアンモニアを供給する。

図７，８は、ＣＬＣＳＯ、脱硝装置１６へ供給するアンモニア量、発電機出力、煙突３６の入り口における排ガスに含まれるアンモニア量、及び煙突３６の入り口における排ガスに含まれるＮＯｘ濃度の時間変化を示している。そして、図７は本実施形態に係るアンモニア量算出処理を行っていない場合、すなわち従来例を示し、図８は、本実施形態に係るアンモニア量算出処理を行った場合を示している。なお、一例として、縦軸４．０ｐｐｍを示す破線をＮＯｘ濃度が超えた場合に、制御装置１８は警報を報知する。

従来を示す図７では、ＣＬＣＳＯと共に発電機出力が増加した場合に、排ガスに含まれるＮＯｘ濃度が４．０ｐｐｍを超えている（領域Ａ）。また、脱硝装置１６へ供給するアンモニア量はＮＯｘ濃度が４．０ｐｐｍを超えたタイミングでピークが現れ、その後に２つ目のピークが現れる（領域Ｂ）。それと共に、排ガスに含まれるアンモニア量も増加傾向を示す（領域Ｃ）。
一方、本実施形態を示す図８では、図７でＮＯｘ濃度が４．０ｐｐｍを超えたタイミングにおいて、ピークが現れるもののＮＯｘ濃度が４．０ｐｐｍを超えることはない（領域Ａ）。このため、脱硝装置１６へ供給するアンモニア量には２つ目のピークが現れない（領域Ｂ）。また、これに伴い、排ガスに含まれるアンモニア量も増加傾向も示さない（領域Ｃ）。

以上説明したように、本実施形態に係るガスタービンプラント１０は、燃焼ガスを生成する燃焼器２２と、燃焼ガスにより駆動するタービン２４と、を備えるガスタービン１２と、タービン２４から排出される排ガスに含まれるＮＯｘをアンモニアによって除去する脱硝装置１６と、を備える。そして、ガスタービン１２の制御装置１８は、タービン２４入口の燃焼ガス温度を無次元化したＣＬＣＳＯに基づいて、排ガスに含まれるＮＯｘ発生量を算出し、算出したＮＯｘ発生量に基づいて、脱硝装置１６へ供給するアンモニア量を算出する。

このように、本実施形態に係るガスタービンプラント１０は、ＣＬＣＳＯを用いて脱硝装置１６へ供給するアンモニア量を算出するので、脱硝装置１６に供給するアンモニア量をより精度良く求めることができる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、上記各実施形態で説明したアンモニア量算出処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１０ガスタービンプラント
１２ガスタービン
１６脱硝装置
１８制御装置
２０圧縮機
２２燃焼器
２４タービン
５２ＮＯｘ量算出部
７０アンモニア量算出部

Claims

燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えるガスタービンと、前記タービンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアによって除去する脱硝装置と、を備えるガスタービンプラントの制御装置であって、
前記タービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値に基づいて、前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物の発生量を算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段によって算出された前記窒素酸化物の発生量に基づいて、前記脱硝装置へ供給するアンモニア量を算出するアンモニア量算出手段と、
を備えるガスタービンプラントの制御装置。
前記脱硝装置の入口における窒素酸化物の発生量を検出するＮＯｘ量検出手段を備え、
前記アンモニア量算出手段は、前記ガスタービンの負荷が変化する場合に、前記ＮＯｘ量算出手段によって算出された前記窒素酸化物の発生量に基づいてアンモニア量を算出し、前記ガスタービンの負荷が変化しない場合に、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出された前記窒素酸化物の発生量に基づいてアンモニア量を算出する請求項１に記載のガスタービンプラントの制御装置。
前記アンモニア量算出手段は、窒素酸化物に対して反応させるアンモニアのモル比を、前記燃焼負荷指令値に基づいて算出する請求項１又は請求項２に記載のガスタービンプラントの制御装置。
燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えるガスタービンと、
前記タービンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアによって除去する脱硝装置と、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御装置と、
を備えるガスタービンプラント。
燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えるガスタービンと、前記タービンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物をアンモニアによって除去する脱硝装置と、を備えるガスタービンプラントの脱硝制御方法であって、
前記タービン入口の燃焼ガス温度を無次元化した燃焼負荷指令値に基づいて、前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物の発生量を算出する第１工程と、
前記第１工程によって算出された前記窒素酸化物の発生量に基づいて、前記脱硝装置へ供給するアンモニア量を算出する第２工程と、
を含むガスタービンプラントの脱硝制御方法。