JP2016050571A - Control device, system, and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温調制御を実行するガスタービン等のシステムの制御装置、システム及び制御方法に関するものである。 The present invention relates to a control device, system, and control method for a system such as a gas turbine that performs temperature control.
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス(作動流体)を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。タービンを駆動させた燃焼ガスは、タービンの排気側から排気ガスとして排出される。 A general gas turbine includes a compressor, a combustor, and a turbine. The air taken in from the air intake port is compressed by the compressor to become high-temperature and high-pressure compressed air. In the combustor, the fuel is supplied to the compressed air and burned, so that the high-temperature and high-pressure is burned. The combustion gas (working fluid) is obtained, the turbine is driven by the combustion gas, and the generator connected to the turbine is driven. The combustion gas that has driven the turbine is discharged as exhaust gas from the exhaust side of the turbine.
このようなガスタービンを制御する制御装置は、圧縮機に取り込む空気量及び燃料の供給量等を調整して、燃焼ガスが流入するタービンのタービン入口温度が予め設定された上限温度を超えないように、ガスタービンの運転を制御する温調制御を実行している。これは、ガスタービンの性能は、タービン入口温度が高いほど性能(仕事効率)が高くなる一方で、タービン入口温度を高くし過ぎると、タービン入口周りの高温部品が熱負荷に耐えることが困難となるからである。具体的に、温調制御では、タービンからの排気ガス温度が、ガスタービンの負荷(発電機出力)や圧力比等のガスタービン状態量に応じて規定される排気ガス温度の上限温度である温調線を超えないように、ガスタービンの運転が制御される。ここで、温調線は、ガスタービンの負荷が大きくなるほど、排気ガス温度の上限温度が低くなる一方で、ガスタービンの負荷が小さくなるほど、排気ガス温度の上限温度が高くなる関数として規定されている。 Such a control device for controlling the gas turbine adjusts the amount of air taken into the compressor, the supply amount of fuel, and the like so that the turbine inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows does not exceed a preset upper limit temperature. In addition, temperature control is performed to control the operation of the gas turbine. This is because the performance (work efficiency) of the gas turbine increases as the turbine inlet temperature increases. On the other hand, if the turbine inlet temperature is too high, it is difficult for high-temperature components around the turbine inlet to withstand the heat load. Because it becomes. Specifically, in the temperature control, the temperature of the exhaust gas from the turbine is a temperature that is the upper limit temperature of the exhaust gas temperature defined according to the gas turbine state quantity such as the load (generator output) of the gas turbine and the pressure ratio. The operation of the gas turbine is controlled so that the adjustment line is not exceeded. Here, the temperature control line is defined as a function in which the upper limit temperature of the exhaust gas temperature decreases as the load on the gas turbine increases, while the upper limit temperature of the exhaust gas temperature increases as the load on the gas turbine decreases. Yes.
温調制御を行うガスタービンの制御装置としては、下記特許文献1,2に記載されたものがある。特許文献1のガスタービンの運転制御装置では、ガスタービンの負荷上昇時における負荷変化量が大きいほど、圧縮機の吸気側に設けられる入口案内翼の開度を開き方向に補正している。また、特許文献2のガスタービンの入口案内翼制御装置は、排ガス温度制御部を有しており、排ガス温度制御部では、予め求められた入口案内翼(IGV)の開度スケジュールに基づいて先行IGV開度を設定し、且つ、運転中の排ガス温度が制限値を超えそうなときには自動的に先行IGV開度をフィードバック補正してIGV開度を大きくしている。 Examples of gas turbine control devices that perform temperature control include those described in Patent Documents 1 and 2 below. In the operation control device for a gas turbine disclosed in Patent Document 1, the opening degree of the inlet guide vane provided on the intake side of the compressor is corrected in the opening direction as the load change amount at the time of load increase of the gas turbine is larger. Further, the gas turbine inlet guide vane control device of Patent Document 2 includes an exhaust gas temperature control unit, and the exhaust gas temperature control unit precedes based on an opening schedule of the inlet guide vane (IGV) obtained in advance. When the IGV opening is set and the exhaust gas temperature during operation is likely to exceed the limit value, the preceding IGV opening is automatically feedback corrected to increase the IGV opening.
ところで、ガスタービンは、負荷に応じた運転が行われており、具体的に、全負荷運転と、部分負荷運転とが行われている。通常、全負荷運転を行う場合、ガスタービンの性能を発揮すべく、タービン入口温度が上限温度付近に達するように温調制御が実行される。この温調制御では、具体的に、全負荷運転時における排気ガス温度が、温調線付近となるように、ガスタービンの運転が制御される。 By the way, the gas turbine is operated according to the load, and specifically, full load operation and partial load operation are performed. Normally, when full load operation is performed, temperature control is performed so that the turbine inlet temperature reaches near the upper limit temperature in order to exhibit the performance of the gas turbine. In this temperature control, specifically, the operation of the gas turbine is controlled so that the exhaust gas temperature during full load operation is near the temperature control line.
一方で、部分負荷運転においては、負荷変動に対するガスタービン出力の応答性を確保すべく、温調制御が実行されない。つまり、ガスタービンは、排気ガス温度が温調線の上限温度によって制限されないように、温調線の上限温度よりも低い排気ガス温度で負荷制御される。 On the other hand, in the partial load operation, the temperature control is not executed to ensure the responsiveness of the gas turbine output to the load fluctuation. That is, the load of the gas turbine is controlled at an exhaust gas temperature lower than the upper limit temperature of the temperature adjustment line so that the exhaust gas temperature is not limited by the upper limit temperature of the temperature adjustment line.
そして、近年では、部分負荷運転においても、ガスタービンの性能を向上させるべく、タービン入口温度が上限温度付近に達するように温調制御が実行される場合がある。具体的に、温調制御では、部分負荷運転時における排気ガス温度が、温調線付近となるように、ガスタービンの運転が制御される。 In recent years, even in partial load operation, in order to improve the performance of the gas turbine, temperature control may be performed so that the turbine inlet temperature reaches the vicinity of the upper limit temperature. Specifically, in the temperature control, the operation of the gas turbine is controlled so that the exhaust gas temperature during the partial load operation is near the temperature control line.
しかしながら、部分負荷運転時において、排気ガス温度が温調線付近となるように温調制御する場合、ガスタービンの負荷が変動すると、排気ガス温度が温調線により制限されてしまう可能性がある。このため、ガスタービンは、負荷変動に応じてガスタービン出力を調整することが困難となる場合がある。 However, when temperature control is performed so that the exhaust gas temperature is close to the temperature adjustment line during partial load operation, the exhaust gas temperature may be limited by the temperature adjustment line when the load of the gas turbine fluctuates. . For this reason, it may be difficult for the gas turbine to adjust the gas turbine output according to the load fluctuation.
また、部分負荷運転時において、排気ガス温度が温調線付近となるように温調制御する場合、負荷変動等の外乱によって、空気取入口から取り込まれる空気の吸入量が減少することがある。この場合、排気ガス温度が上昇することから、温調制御では、ガスタービンの負荷を小さくする、いわゆる負荷転落が生じてしまう。つまり、温調線は、ガスタービンの負荷が小さくなるほど、排気ガス温度の上限温度が高くなることから、温調制御では、排気ガス温度が上昇すると、排気ガス温度の上限温度を高くすべく、ガスタービンの負荷を小さくする。このとき、空気の吸入量は、入口案内翼の開度で調整され、入口案内翼の開度は、ガスタービン出力に基づいて設定される。このため、温調制御では、ガスタービンの負荷が低下してガスタービン出力が小さくなると、入口案内翼の開度を閉じることで空気の吸入量を減らす制御が行われ、これにより、再び排気ガス温度が上昇してしまうことから、継続してガスタービンの負荷が下降してしまう。 In addition, when temperature control is performed so that the exhaust gas temperature is in the vicinity of the temperature control line during partial load operation, the intake amount of air taken in from the air intake may decrease due to disturbance such as load fluctuation. In this case, since the exhaust gas temperature rises, in the temperature control, so-called load fall that reduces the load of the gas turbine occurs. In other words, the upper limit temperature of the exhaust gas temperature becomes higher as the load of the gas turbine becomes smaller in the temperature adjustment line. Therefore, in the temperature control, when the exhaust gas temperature rises, the upper limit temperature of the exhaust gas temperature should be increased. Reduce the load on the gas turbine. At this time, the intake amount of air is adjusted by the opening degree of the inlet guide vane, and the opening degree of the inlet guide vane is set based on the gas turbine output. For this reason, in the temperature control, when the load of the gas turbine decreases and the gas turbine output decreases, the air intake amount is controlled by closing the opening of the inlet guide vanes, and thus the exhaust gas is again discharged. Since the temperature increases, the load of the gas turbine continues to decrease.
そこで、本発明は、部分負荷運転時におけるガスタービン等のシステムの性能を向上させつつ、負荷変動時における温調制御を好適に実行することができる制御装置、システム及び制御方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a control device, a system, and a control method that can suitably execute temperature control during load fluctuations while improving the performance of a system such as a gas turbine during partial load operation. Let it be an issue.
本発明の制御装置は、吸い込んだ空気を圧縮機により圧縮して圧縮空気とし、供給された燃料と前記圧縮空気とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成し、生成した前記燃焼ガスによりタービンを作動させるシステムの制御装置において、前記システムの負荷に応じて、前記システムの運転を制御するための運転制御点を変化させる負荷制御を実行しており、所定の前記負荷における排気ガス温度が、前記システムの性能が定格性能となるような定格排気ガス温度に温調制御するための定格温調線と、所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも先行して低くなるような先行排気ガス温度に設定するための先行設定線と、所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも高い限界排気ガス温度を超えないように温調制御するための限界温調線とに基づいて、前記システムの運転を制御することを特徴とする。 The control device of the present invention compresses the sucked air by a compressor to form compressed air, mixes the supplied fuel and the compressed air and burns them, generates a combustion gas, and generates the combustion gas. In a control device for a system that operates a turbine, load control is performed to change an operation control point for controlling operation of the system according to a load of the system, and an exhaust gas temperature at a predetermined load is A rated temperature control line for controlling the temperature to a rated exhaust gas temperature at which the performance of the system becomes the rated performance, and the exhaust gas temperature at a predetermined load is ahead of the rated exhaust gas temperature. The preceding setting line for setting the preceding exhaust gas temperature to be low, and the limit at which the exhaust gas temperature at the predetermined load is higher than the rated exhaust gas temperature Based on the limit temperature control lines for temperature control so as not to exceed the vapor gas temperature, and controlling the operation of the system.
また、本発明の制御方法は、吸い込んだ空気を圧縮機により圧縮して圧縮空気とし、供給された燃料と前記圧縮空気とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成し、生成した前記燃焼ガスによりタービンを作動させるシステムの制御方法において、前記システムの負荷に応じて、前記システムの運転を制御するための運転制御点を変化させる負荷制御を実行しており、所定の前記負荷における排気ガス温度が、前記システムの性能が定格性能となるような定格排気ガス温度に温調制御するための定格温調線と、所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも先行して低くなるような先行排気ガス温度に設定するための先行設定線と、所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも高い限界排気ガス温度を超えないように温調制御するための限界温調線とに基づいて、前記システムの運転を制御することを特徴とする。 In the control method of the present invention, the sucked air is compressed by a compressor to be compressed air, and the supplied fuel and the compressed air are mixed and burned to generate a combustion gas, and the generated combustion In a control method of a system for operating a turbine by gas, load control for changing an operation control point for controlling operation of the system according to a load of the system is executed, and exhaust gas at a predetermined load A rated temperature control line for controlling the temperature to a rated exhaust gas temperature at which the performance of the system becomes the rated performance, and the exhaust gas temperature at a predetermined load is earlier than the rated exhaust gas temperature. A preceding setting line for setting the preceding exhaust gas temperature to be lower, and the exhaust gas temperature at a predetermined load is higher than the rated exhaust gas temperature. Based on the limit temperature control lines for temperature control so as not to exceed the limit exhaust gas temperature, and controlling the operation of the system.
この構成によれば、定格温調線、先行設定線及び限界温調線に基づいて、システムの運転制御点を変化させることができる。このとき、定格温調線を挟んで、排気ガス温度の高い側を限界温調線とし、排気ガス温度の低い側を先行設定線とすることができる。このため、定格温調線上に運転制御点があり、この状態から負荷変動により運転制御点を変化させる場合であっても、排気ガス温度が限界温調線に掛かって負荷転落することなく、運転制御点を変化させることができる。また、負荷変動時には、運転制御点を先行設定線に移行させることが可能となるため、排気ガス温度がより限界温調線に掛かり難くなることから、運転制御点を容易に変化させることができる。このように、部分負荷運転時において、定格温調線上に運転制御点がある場合であっても、負荷変動に対して温調制御を容易に実行することができ、また、定格温調線上で部分負荷運転できることから、部分負荷運転時においてシステムを定格性能で運転することができる。なお、定格性能とは、ガスタービン等のシステムが所定の負荷であるときに、ガスタービンの仕事効率(運転効率)が最適となる性能、すなわち、タービン入口温度が上限温度となるときの性能である。また、システムとしては、発電を行うガスタービンの他、ガスエンジンシステム等に適用することが可能である。 According to this configuration, the operation control point of the system can be changed based on the rated temperature adjustment line, the preceding setting line, and the limit temperature adjustment line. At this time, the higher exhaust gas temperature side can be used as the limit temperature adjustment line, and the lower exhaust gas temperature side can be used as the preceding setting line across the rated temperature adjustment line. For this reason, there is an operation control point on the rated temperature adjustment line, and even if the operation control point is changed due to load fluctuation from this state, the exhaust gas temperature does not fall on the limit temperature adjustment line and the load does not fall. The control point can be changed. In addition, when the load fluctuates, the operation control point can be shifted to the preceding setting line, so that the exhaust gas temperature is less likely to be applied to the limit temperature adjustment line, and the operation control point can be easily changed. . In this way, even when there is an operation control point on the rated temperature adjustment line during partial load operation, the temperature adjustment control can be easily executed against load fluctuations, and on the rated temperature adjustment line. Since partial load operation is possible, the system can be operated with rated performance during partial load operation. The rated performance is the performance at which the work efficiency (operation efficiency) of the gas turbine is optimal when the system such as the gas turbine is at a predetermined load, that is, the performance when the turbine inlet temperature is the upper limit temperature. is there. The system can be applied to a gas engine system and the like in addition to a gas turbine that generates electric power.
また、前記負荷が変動する負荷変動時において、前記運転制御点を前記先行設定線に移行させ、前記運転制御点を前記先行設定線に沿って変化させた後、前記負荷が目標とする目標負荷となると、前記運転制御点を前記定格温調線に移行させることが好ましい。 In addition, when the load fluctuates, the operation control point is shifted to the preceding setting line, the operation control point is changed along the preceding setting line, and then the target load that is the target of the load. Then, it is preferable to shift the operation control point to the rated temperature control line.
この構成によれば、負荷変動時において、運転制御点を先行設定線に移行させれば、排気ガス温度が限界温調線に制限されることなく、負荷変動に応じて運転制御点を変化させることが可能となる。また、運転制御点を、先行設定線から定格温調線に移行させる場合、限界温調線は、定格温調線よりも排気ガス温度が高い側となっているため、排気ガス温度が限界温調線に制限されることなく、運転制御点を定格温調線に移行させることができる。 According to this configuration, when the operation control point is shifted to the preceding setting line during a load change, the operation control point is changed according to the load change without being limited to the limit temperature adjustment line. It becomes possible. When the operation control point is shifted from the preceding setting line to the rated temperature adjustment line, the limit temperature adjustment line is on the side where the exhaust gas temperature is higher than the rated temperature adjustment line. The operation control point can be shifted to the rated temperature adjustment line without being restricted by the adjustment line.
また、前記負荷が上昇する負荷上げ時において、前記排気ガス温度が、前記先行設定線の前記先行排気ガス温度よりも低くなるように、前記運転制御点を変化させた後、前記負荷が目標とする目標負荷となると、前記運転制御点を前記定格温調線に移行させることが好ましい。 Further, after the operation control point is changed so that the exhaust gas temperature becomes lower than the preceding exhaust gas temperature of the preceding setting line at the time of increasing the load at which the load increases, the load becomes the target. When the target load to be reached is reached, it is preferable to shift the operation control point to the rated temperature control line.
この構成によれば、負荷変化量が大きい場合、負荷上げに伴って、限界温調線の限界排気ガス温度の低下が速くなる。このとき、運転制御点における排気ガス温度が遅れて低下する場合には、運転制御点における排気ガス温度が限界排気ガス温度に制限され、これにより、運転制御点を変化させることが困難となる。このため、負荷上げ時における負荷変化量が大きい場合、先行設定線の先行排気ガス温度よりも低くなるように、運転制御点を変化させることができる。よって、排気ガス温度が限界温調線に制限されることなく、運転制御点を好適に変化させることができる。なお、負荷変動の変化量が大きいときは、例えば、システムとしてガスタービンを適用した場合、ガスタービンの急速起動運転時または発電機の周波数変動時である。 According to this configuration, when the load change amount is large, the decrease in the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line is accelerated as the load is increased. At this time, if the exhaust gas temperature at the operation control point decreases with a delay, the exhaust gas temperature at the operation control point is limited to the limit exhaust gas temperature, which makes it difficult to change the operation control point. For this reason, when the load change amount at the time of increasing the load is large, the operation control point can be changed so as to be lower than the preceding exhaust gas temperature of the preceding setting line. Therefore, the operation control point can be suitably changed without limiting the exhaust gas temperature to the limit temperature adjustment line. In addition, when the variation | change_quantity of a load fluctuation is large, when a gas turbine is applied as a system, for example, it is at the time of the rapid start-up operation of a gas turbine, or the frequency fluctuation of a generator.
また、前記排気ガス温度が、前記定格温調線の前記定格排気ガス温度となる温調制御状態から、前記負荷が下降する負荷下げを行う場合、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を前記定格温調線の前記定格排気ガス温度となるように変更した後、前記運転制御点を、前記定格温調線から前記先行設定線に移行させることが好ましい。 In addition, when performing a load reduction in which the load decreases from a temperature control state in which the exhaust gas temperature becomes the rated exhaust gas temperature of the rated temperature control line, the limit exhaust gas temperature of the limit temperature control line is set. After changing the rated temperature adjustment line so that it becomes the rated exhaust gas temperature, it is preferable to shift the operation control point from the rated temperature adjustment line to the preceding setting line.
この構成によれば、排気ガス温度が定格排気ガス温度となる温調制御状態から負荷下げする場合、限界温調線を定格温調線となるように変更することで、運転制御点における排気ガス温度が定格排気ガス温度を超えないように制限することができる。このため、負荷下げ時において、排気ガス温度が定格温調線を超えて高くなることを抑制することができる。なお、定格温調線となるように変更した限界温調線は、運転制御点が先行設定線に移行した後、変更前の状態に戻すことが好ましい。 According to this configuration, when the load is lowered from the temperature control state where the exhaust gas temperature becomes the rated exhaust gas temperature, the exhaust gas at the operation control point is changed by changing the limit temperature control line to the rated temperature control line. The temperature can be limited so as not to exceed the rated exhaust gas temperature. For this reason, at the time of load reduction, it can suppress that exhaust gas temperature becomes high exceeding a rated temperature control line. In addition, it is preferable to return the limit temperature control line changed so that it may become a rated temperature control line to the state before a change, after an operation control point transfers to a prior setting line.
また、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度は、前記圧縮機の圧力比の関数で規定され、前記排気ガス温度は、排気ガス温度計により計測される排気ガス計測温度であり、前記負荷が上昇する負荷上げ時において、前記排気ガス計測温度が、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を上回り、且つ、予め設定された設定条件を満たす場合、前記排気ガス計測温度が前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を超えて、前記運転制御点が変化することを許容することが好ましい。 Further, the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line is defined as a function of a pressure ratio of the compressor, and the exhaust gas temperature is an exhaust gas measurement temperature measured by an exhaust gas thermometer, and the load When the exhaust gas measurement temperature exceeds the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line and satisfies a preset setting condition, the exhaust gas measurement temperature is set to the limit temperature. It is preferable to allow the operation control point to change beyond the limit exhaust gas temperature of the adjustment line.
この構成によれば、負荷上げ時において、圧縮機の圧力比の関数で規定される限界温調線の限界排気ガス温度は、負荷の上昇に伴って低下する。このとき、運転制御点における排気ガス計測温度が、限界排気ガス温度に比して遅れて低下する。この場合、運転制御点における排気ガス計測温度が限界排気ガス温度に制限され、運転制御点を変化させることが困難となる。このため、所定の設定条件下において、限界排気ガス温度を超えて運転制御点が変化することを許容することにより、限界排気ガス温度によって運転制御点の変化が制限されることを抑制できることから、運転制御点を好適に変化させることができる。 According to this configuration, when the load is increased, the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line defined by the function of the pressure ratio of the compressor decreases as the load increases. At this time, the exhaust gas measurement temperature at the operation control point is delayed with respect to the limit exhaust gas temperature. In this case, the exhaust gas measurement temperature at the operation control point is limited to the limit exhaust gas temperature, and it becomes difficult to change the operation control point. For this reason, it is possible to suppress the change in the operation control point from being limited by the limit exhaust gas temperature by allowing the operation control point to change beyond the limit exhaust gas temperature under a predetermined setting condition. The operation control point can be suitably changed.
また、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度は、前記圧縮機の圧力比の関数で規定され、前記排気ガス温度は、前記排気ガス温度計により計測される排気ガス計測温度であり、前記負荷が上昇する負荷上げ時において、前記排気ガス計測温度が、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を上回り、且つ、予め設定された設定条件を満たす場合、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を前記排気ガス計測温度よりも大きくすることが好ましい。 Further, the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line is defined as a function of the pressure ratio of the compressor, and the exhaust gas temperature is an exhaust gas measurement temperature measured by the exhaust gas thermometer, When the exhaust gas measurement temperature exceeds the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line and satisfies a preset setting condition when the load is increased, the limit of the limit temperature adjustment line is satisfied. It is preferable that the exhaust gas temperature be higher than the exhaust gas measurement temperature.
この構成によれば、負荷上げ時において、圧縮機の圧力比の関数で規定される限界温調線の限界排気ガス温度は、負荷の上昇に伴って低下する。このとき、運転制御点における排気ガス計測温度が、限界排気ガス温度に比して遅れて低下する。この場合、運転制御点における排気ガス計測温度が限界排気ガス温度に制限され、運転制御点を変化させることが困難となる。このため、所定の設定条件下において、限界排気ガス温度を排気ガス計測温度よりも大きくすることにより、限界排気ガス温度によって運転制御点の変化が制限されることを抑制できることから、運転制御点を好適に変化させることができる。 According to this configuration, when the load is increased, the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line defined by the function of the pressure ratio of the compressor decreases as the load increases. At this time, the exhaust gas measurement temperature at the operation control point is delayed with respect to the limit exhaust gas temperature. In this case, the exhaust gas measurement temperature at the operation control point is limited to the limit exhaust gas temperature, and it becomes difficult to change the operation control point. For this reason, by making the limit exhaust gas temperature larger than the exhaust gas measurement temperature under a predetermined setting condition, it is possible to suppress the change in the operation control point due to the limit exhaust gas temperature. It can be suitably changed.
また、前記圧縮機は、吸気側に設けられる開度を調整可能な入口案内翼を有し、前記設定条件は、前記排気ガス温度が、前記定格温調線の前記定格排気ガス温度に追従せず、前記運転制御点が前記先行設定線に移行する第1の条件と、前記排気ガス温度が、前記先行設定線の前記先行排気ガス温度よりも低くなるように、前記入口案内翼の開度を開く第2の条件と、前記圧縮機の圧力比が上昇する第3の条件とのうち、少なくとも1つの条件を含むことが好ましい。 In addition, the compressor has an inlet guide vane that can adjust an opening degree provided on the intake side, and the setting condition is that the exhaust gas temperature follows the rated exhaust gas temperature of the rated temperature adjustment line. First, the opening degree of the inlet guide blade is such that the operation control point shifts to the preceding setting line and the exhaust gas temperature is lower than the preceding exhaust gas temperature of the preceding setting line. It is preferable that at least one condition is included among the second condition for opening the pressure and the third condition for increasing the pressure ratio of the compressor.
この構成によれば、設定条件を、排気ガス温度が低下することを前提とした条件にすることができる。つまり、第1の条件では、排気ガス温度が先行排気ガス温度となることを条件としていることから、排気ガス温度を低下させる条件にすることができる。また、第2の条件では、入口案内翼の開度を開くことで、取り込む空気を多くすることを条件としていることから、排気ガス温度を低下させる条件にすることができる。さらに、第3の条件では、圧縮機の圧力比が上昇することで、取り込む空気を多くすることを条件としていることから、排気ガス温度を低下させる条件にすることができる。 According to this configuration, the setting condition can be set on the premise that the exhaust gas temperature is lowered. That is, since the first condition is that the exhaust gas temperature becomes the preceding exhaust gas temperature, the exhaust gas temperature can be reduced. Further, since the second condition is that the intake air is increased by opening the opening of the inlet guide vanes, the exhaust gas temperature can be reduced. Furthermore, since the third condition is that the pressure ratio of the compressor is increased to increase the amount of air taken in, the exhaust gas temperature can be reduced.
また、前記圧縮機は、吸気側に設けられる開度を調整可能な入口案内翼を有し、前記運転制御点は、前記入口案内翼の開度を調整することで変化させることが好ましい。 Further, the compressor preferably has an inlet guide vane provided on the intake side capable of adjusting an opening degree, and the operation control point is preferably changed by adjusting an opening degree of the inlet guide vane.
この構成によれば、入口案内翼の開度を調整することで、システムの運転制御点を変化させることができる。つまり、負荷上げ時には、入口案内翼の開度を開く方向に調整することで、圧縮機で取り込む空気の吸気量を多くし、また、空気の吸気量を多くした分、排気ガス温度を低下させることができる。また、負荷下げ時には、入口案内翼の開度を閉める方向に調整することで、圧縮機で取り込む空気の吸気量を少なくし、また、空気の吸気量を少なくした分、排気ガス温度を高くすることができる。 According to this configuration, the operation control point of the system can be changed by adjusting the opening of the inlet guide vane. In other words, when the load is increased, by adjusting the opening degree of the inlet guide vanes in the direction to open, the intake air amount taken in by the compressor is increased, and the exhaust gas temperature is decreased by the increase in the intake air amount. be able to. In addition, when the load is reduced, the intake guide blade opening is adjusted in the closing direction to reduce the amount of intake air taken in by the compressor, and to increase the exhaust gas temperature by reducing the amount of air intake. be able to.
本発明のシステムは、吸い込んだ空気を圧縮して、圧縮空気とする圧縮機と、前記圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、生成された前記燃焼ガスによって作動するタービンと、上記の制御装置と、を備えることを特徴とする。 The system of the present invention includes a compressor that compresses sucked air into compressed air, a combustor that generates combustion gas by supplying fuel to the compressed air and burning the compressed air, and the generated A turbine that is operated by combustion gas and the above-described control device are provided.
この構成によれば、部分負荷運転時における性能を高くすることができ、また、負荷変動時における温調制御を好適に実行することができる。 According to this structure, the performance at the time of partial load driving | operation can be made high, and the temperature control at the time of load fluctuation can be performed suitably.
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be combined as appropriate, and when there are a plurality of embodiments, the embodiments can be combined.
図1は、実施例1のガスタービンを表す模式図である。図2は、ガスタービンの負荷に応じて排気ガス温度が変化する温調線を示すグラフである。図3は、実施例1の温調制御に関する説明図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a gas turbine according to a first embodiment. FIG. 2 is a graph showing a temperature adjustment line in which the exhaust gas temperature changes according to the load of the gas turbine. FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the temperature control of the first embodiment.
実施例1のガスタービン1は、図1に示すように、圧縮機11と、燃焼器12と、タービン13とにより構成されている。圧縮機11、燃焼器12およびタービン13の中心部には、ロータ18が貫通して配置され、圧縮機11とタービン13とは、ロータ18により一体回転可能に連結されている。このガスタービン1は、制御装置14によって制御されている。また、ガスタービン1には、発電機15が連結されており、発電可能となっている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine 1 according to the first embodiment includes a
圧縮機11は、空気取入口から取り込んだ空気Aを圧縮して圧縮空気A1とする。この圧縮機11には、空気取入口から取り込む空気Aの吸気量を調整する入口案内翼(IGV:Inlet Guide Vane)22が配設される。入口案内翼22は、その開度が調整されることで、空気Aの吸気量が調整される。具体的に、入口案内翼22は、複数の翼本体22aと、複数の翼本体22aの翼角度を変更するためのIGV作動部22bとを有し、IGV作動部22bにより翼本体22aの翼角度が調整されることで、入口案内翼22の開度が調整され、空気Aの吸気量を調整する。入口案内翼22は、その開度が大きくなると、空気Aの吸気量が多くなり、圧縮機11の圧力比が増加する。一方で、入口案内翼22は、その開度が小さくなることで、空気Aの吸気量が少なくなり、圧縮機11の圧力比が低下する。
The
燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気A1に対して燃料Fを供給し、圧縮空気A1と燃料Fとを混合して燃焼することで、燃焼ガスを生成する。タービン13は、燃焼器12で生成された燃焼ガスによって回転する。
The
ロータ18は、軸方向の両端部が図示しない軸受部により回転自在に支持されており、軸心を中心として回転自在に設けられている。そして、ロータ18の圧縮機11側の端部には、発電機15の駆動軸が連結されている。発電機15は、タービン13と同軸上に設けられ、タービン13が回転することで発電することができる。
The
従って、圧縮機11の空気取入口から取り込まれた空気Aは、入口案内翼22を経て圧縮機11の内部を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気A1となる。この圧縮空気A1に対して燃焼器12から燃料Fが供給され、圧縮空気A1と燃料Fとが混合され燃焼することで、高温・高圧の燃焼ガスが生成される。そして、燃焼器12で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13の内部を通過することにより、タービン13を作動(回転)させてロータ18を駆動回転し、このロータ18に連結された発電機15を駆動する。これにより、ロータ18に連結された発電機15は、回転駆動されることで発電を行う。一方、タービン13を駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。
Therefore, the air A taken in from the air intake port of the
このようなガスタービン1は、その運転が制御装置14によって制御されている。具体的に、制御装置14は、ガスタービン1の負荷(発電機15の出力)に応じて、ガスタービン1の運転を制御しており、具体的に、ガスタービン1の部分負荷運転と、全負荷運転とを行っている。全負荷運転は、ガスタービン出力が定格出力となる運転である。部分負荷運転は、ガスタービン出力が定格出力よりも小さい出力となる運転である。
The operation of such a gas turbine 1 is controlled by the
また、制御装置14は、部分負荷運転時及び全負荷運転時において、圧縮機11に取り込む空気Aの吸気量、及び燃焼器12から供給する燃料Fの燃料供給量等を調整して、燃焼ガスが流入するタービン13のタービン入口温度が予め設定された上限温度を超えないように、温調制御を実行している。
Further, the
制御装置14は、圧縮機11に取り込む空気量(吸気量)を調整すべく、入口案内翼22を作動させるIGV作動部22bを制御している。制御装置14は、IGV作動部22bを制御することで、入口案内翼22の開度を変更し、圧縮機11に取り込む空気Aの吸気量を調整する。具体的に、制御装置14は、全負荷運転時において、入口案内翼22の開度が定格開度となるように制御する。定格開度は、ガスタービン出力が定格出力となるときの開度である。また、制御装置14は、入口案内翼22の開度を定格開度よりも大きい超開状態となるように制御可能となっている。ここで、入口案内翼22の開度は、ガスタービン出力の関数で規定されている。このため、制御装置14は、入口案内翼22の開度を、ガスタービン出力に応じた開度に設定する。
The
また、制御装置14は、燃料Fの供給量を調整すべく、燃焼器12へ向けて燃料Fを供給する燃料供給ライン34に設けられる燃料調整弁35を制御している。制御装置14は、燃料調整弁35を制御することで、圧縮空気A1に対して供給(噴射)する燃料Fの供給量を調整する。
Further, the
さらに、制御装置14には、圧力計51及び排気ガス温度計52が接続されている。圧力計51は、圧縮機11から燃焼器12に向けて圧縮空気A1が流通するライン、具体的には、燃焼器12の車室内部に設けられ、圧縮空気A1の圧力(車室圧力)を計測する。排気ガス温度計52は、排気ガスの流れ方向の上流側に設けられるブレードパス温度計52aと、ブレードパス温度計52aの下流側に設けられる排気部温度計52bとを含んで構成されている。排気ガス温度計52は、タービン13から排出される排気ガスの温度を計測している。
Further, a
そして、制御装置14は、各計測器51,52等の計測結果に基づいて、入口案内翼22及び燃料調整弁35等を制御して、ガスタービン1の運転を制御するための運転制御点を変化させる負荷制御を実行する。また、制御装置14は、各計測器51,52等の計測結果に基づいて、入口案内翼22及び燃料噴射弁35等を制御して、下記する温調線に沿って運転制御点を変化させる温調制御を実行する。
Then, the
ここで、温調制御では、図2に示す定格温調線T1、先行設定線T2及び限界温調線T3が用いられている。図2のグラフは、その横軸が、ガスタービン負荷となっており、その縦軸が、排気ガス温度となっている。なお、定格温調線T1、先行設定線T2及び限界温調線T3は、排気ガス温度と圧縮機11の圧力比とで規定される関数となっている。このため、制御装置14は、圧力計51の計測結果に基づいて、圧縮機11の圧力比を導出し、導出された圧力比から、定格温調線T1、先行設定線T2及び限界温調線T3に基づいて、排気ガス温度(後述する定格排気ガス温度、先行排気ガス温度及び限界排気ガス温度)を導出する。
Here, in the temperature control, the rated temperature adjustment line T1, the preceding setting line T2, and the limit temperature adjustment line T3 shown in FIG. 2 are used. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis represents the gas turbine load, and the vertical axis represents the exhaust gas temperature. The rated temperature adjustment line T1, the preceding setting line T2, and the limit temperature adjustment line T3 are functions defined by the exhaust gas temperature and the pressure ratio of the
図2に示すように、定格温調線T1、先行設定線T2及び限界温調線T3は、ガスタービン負荷(より具体的には、圧力比)が大きくなるにつれて排気ガス温度が低下するラインとなっている。以下、定格温調線T1、先行設定線T2及び限界温調線T3について具体的に説明する。 As shown in FIG. 2, the rated temperature adjustment line T1, the preceding setting line T2, and the limit temperature adjustment line T3 are lines in which the exhaust gas temperature decreases as the gas turbine load (more specifically, the pressure ratio) increases. It has become. Hereinafter, the rated temperature adjustment line T1, the preceding setting line T2, and the limit temperature adjustment line T3 will be specifically described.
定格温調線T1は、所定のガスタービン負荷におけるガスタービン1の性能が定格性能となるように、ガスタービン負荷に応じた定格排気ガス温度に設定されている。このとき、定格温調線T1の定格排気ガス温度は、タービン入口温度が予め設定された上限温度を超えないような排気ガス温度となっている。なお、定格性能とは、発電機15からガスタービン1に所定の負荷が与えられたときに、ガスタービン1の仕事効率が最適となる性能である。この定格温調線T1は、部分負荷運転または全負荷運転の整定時において、排気ガス温度計52により計測された排気ガス温度(排気ガス計測温度)が、定格温調線T1の定格排気ガス温度となるラインとなっている。つまり、制御装置14は、排気ガス計測温度が、定格排気ガス温度となるように、ガスタービン1の運転をフィードバック制御(例えば、PI制御)している。
The rated temperature adjustment line T1 is set to a rated exhaust gas temperature corresponding to the gas turbine load so that the performance of the gas turbine 1 at a predetermined gas turbine load becomes the rated performance. At this time, the rated exhaust gas temperature of the rated temperature adjustment line T1 is an exhaust gas temperature at which the turbine inlet temperature does not exceed a preset upper limit temperature. The rated performance is a performance that optimizes the work efficiency of the gas turbine 1 when a predetermined load is applied from the
ここで、図2には、入口案内翼22が定格開度となるIGV定格角度ラインL1が図示されている。このため、定格温調線T1とIGV定格角度ラインL1とが交差する交差点におけるガスタービン負荷が、ガスタービン1の全負荷となる交差点(定格点P)であり、また、定格点Pのガスタービン負荷に応じたガスタービン出力が、ガスタービン1の定格出力となっている。
Here, FIG. 2 shows an IGV rated angle line L1 at which the
先行設定線T2は、所定のガスタービン負荷における排気ガス温度が、定格排気ガス温度よりも先行して低くなる先行排気ガス温度に設定するためのラインである。このため、所定のガスタービン負荷における先行排気ガス温度は、定格排気ガス温度よりも低くなっている。具体的に、この先行設定線T2は、定格温調線T1に先行して入口案内翼22の開度を大きくするためのラインとなっている。このため、制御装置14は、先行設定線T2上に沿ってガスタービン1の運転制御点を変化させると、定格温調線T1に基づいて設定される入口案内翼22の開度よりも大きな開度となるように、入口案内翼22を制御する。
The preceding setting line T2 is a line for setting the exhaust gas temperature at a predetermined gas turbine load to a preceding exhaust gas temperature that is lower than the rated exhaust gas temperature. For this reason, the preceding exhaust gas temperature in a predetermined gas turbine load is lower than the rated exhaust gas temperature. Specifically, the preceding setting line T2 is a line for increasing the opening degree of the
限界温調線T3は、所定のガスタービン負荷における排気ガス温度が、限界排気ガス温度を超えないようなラインとなっている。つまり、所定のガスタービン負荷における限界排気ガス温度は、定格排気ガス温度よりも高くなっており、タービン入口温度が上限温度を超えても(オーバーシュートしても)許容可能な排気ガス温度に設定されている。このため、制御装置14は、排気ガス温度計52により計測された排気ガス温度(排気ガス計測温度)が、限界排気ガス温度を超えないように、ガスタービン1の運転を制御する。なお、限界温調線T3は、全負荷運転時において、その限界排気ガス温度が、定格温調線T1の定格排気ガス温度と一致するようなラインとなる。
The limit temperature adjustment line T3 is a line in which the exhaust gas temperature at a predetermined gas turbine load does not exceed the limit exhaust gas temperature. In other words, the limit exhaust gas temperature at a given gas turbine load is higher than the rated exhaust gas temperature, and is set to an allowable exhaust gas temperature even when the turbine inlet temperature exceeds the upper limit temperature (overshoot). Has been. For this reason, the
また、図2には、排気ガス温度の制限値となる排気ガス温度制限ラインL2が図示されている。排気ガス温度制限ラインL2は、タービン13の排気側に配置される部材が熱負荷に耐え得ることが可能な温度となっている。制御装置14は、排気ガス温度制限ラインL2に掛からないように、ガスタービン1の運転を制御する。
FIG. 2 also shows an exhaust gas temperature limit line L2 that serves as a limit value for the exhaust gas temperature. The exhaust gas temperature limit line L2 is a temperature at which a member disposed on the exhaust side of the
次に、図3を参照して、温調制御の一例について説明する。図3に示す温調制御は、ガスタービン負荷が上昇する負荷上げ時の温調制御である。具体的に、図3では、ガスタービン1の運転制御点が先行設定線T2に沿って変化するように負荷制御される。なお、図3では、部分負荷運転の整定時において定格温調線T1上となるように温調制御された後、全負荷運転の整定時において定格温調線T1上となるように温調制御される場合について説明する。 Next, an example of temperature control will be described with reference to FIG. The temperature control shown in FIG. 3 is temperature control at the time of load increase in which the gas turbine load increases. Specifically, in FIG. 3, the load control is performed so that the operation control point of the gas turbine 1 changes along the preceding setting line T2. In FIG. 3, after temperature control is performed so as to be on the rated temperature adjustment line T1 when the partial load operation is set, the temperature control is performed so that it is on the rated temperature adjustment line T1 when the full load operation is set. The case where it will be described.
ここで、ガスタービン1の運転制御点は、入口案内翼22の開度により変化し、入口案内翼22の開度は、ガスタービン出力に応じて設定される。また、ガスタービン出力は、燃料Fの供給量によって変化する。このため、制御装置14は、負荷変動に伴って、燃料調整弁35の燃料Fの供給量を調整して、ガスタービン出力を変化させ、変化するガスタービン出力に応じて入口案内翼22の開度を変化させることで、空気Aの吸気量を調整し、これにより、ガスタービン1の運転制御点を変化させる。
Here, the operation control point of the gas turbine 1 varies depending on the opening degree of the
具体的に、制御装置14は、負荷上げ時において、燃料調整弁35の弁開度を大きくして燃料Fの供給量を多くすることで、ガスタービン出力を大きくし、大きくなるガスタービン出力に応じて入口案内翼22の開度を大きくすることで、空気Aの吸気量を多くする。先行設定線T2は、空気Aの吸気量が大きくなると、圧縮機11の圧力比が上昇することから、先行排気ガス温度が低くなる。このため、制御装置14は、ガスタービン出力を大きくすると、先行設定線T2の先行排気ガス温度よりも低かった排気ガス温度(排気ガス計測温度)が、先行排気ガス温度に近づいていく。
Specifically, the
この後、排気ガス計測温度が先行排気ガス温度になると、制御装置14は、ガスタービン1の運転制御点が、先行設定線T2上に沿うように温調制御する。そして、制御装置14は、部分負荷運転を行う所定の目標負荷となると、運転制御点を先行設定線T2から定格温調線T1に移行させる。具体的に、制御装置14は、所定の目標負荷となると、入口案内翼22の開度が小さくなるように制御することで、排気ガス計測温度を上昇させる。
Thereafter, when the measured exhaust gas temperature becomes the preceding exhaust gas temperature, the
そして、制御装置14は、運転制御点を定格温調線T1に移行させることで、部分負荷運転時におけるガスタービン1の性能が定格性能となる。このとき、制御装置14は、限界温調線T3の限界排気ガス温度が、定格温調線T1の定格排気ガス温度よりも高くなっていることから、限界温調線T3に制限されることなく、運転制御点を定格温調線T1に移行させることができる。このため、制御装置14は、部分負荷運転時におけるガスタービンの仕事効率が最適となる運転状態で、ガスタービン1の運転を制御することができる。
And the
続いて、制御装置14は、部分負荷運転時において、運転制御点が定格温調線T1となる状態から負荷上げを行って全負荷運転とする場合、先ず、運転制御点を先行設定線T2に移行させる。具体的に、制御装置14は、入口案内翼22の開度が大きくなるように制御することで、排気ガス計測温度を低下させる。
Subsequently, in the partial load operation, the
制御装置14は、運転制御点を先行設定線T2に移行させると、ガスタービン1の運転を制御して、ガスタービン出力を大きくする。この後、制御装置14は、入口案内翼22の開度が定格開度となると、運転制御点を先行設定線T2から定格温調線T1に移行させる。具体的に、制御装置14は、先行設定線T2上において入口案内翼22が定格開度となると、燃料調整弁35の弁開度を大きくして、燃料Fの供給量を増やすことで、ガスタービン出力を大きくし、排気ガス計測温度を上昇させる。
When the operation control point is shifted to the preceding setting line T2, the
そして、制御装置14は、運転制御点を定格温調線T1に移行させることで、全負荷運転時におけるガスタービンの性能が定格性能となり、また、ガスタービン出力が定格出力となる。このため、制御装置14は、全負荷運転時におけるガスタービン1の仕事効率が最適となる運転状態で、ガスタービン1の運転を制御することができる。
Then, the
なお、制御装置14は、負荷下げ時も、負荷上げ時と同様に、ガスタービン1の運転制御点を先行設定線T2に移行させて負荷下げし、目標負荷となると、運転制御点を先行設定線T2から定格温調線T1に移行させる。
The
以上のように、実施例1によれば、定格温調線T1、先行設定線T2及び限界温調線T3に基づいて、ガスタービン1の運転制御点を変化させることができる。このとき、定格温調線T1を挟んで、排気ガス温度の高い側を限界温調線T3とし、排気ガス温度の低い側を先行設定線T2とすることができる。このため、定格温調線T1上に運転制御点があり、この状態から負荷変動により運転制御点を変化させる場合であっても、排気ガス温度が限界温調線T3に掛かって負荷転落することなく、運転制御点を変化させることができる。また、負荷変動時には、運転制御点を先行設定線T2に移行させることが可能となるため、排気ガス温度がより限界温調線T3に掛かり難くなることから、運転制御点を容易に変化させることができる。このように、部分負荷運転時において、定格温調線T1上に運転制御点がある場合であっても、負荷変動に対して温調制御を容易に実行することができ、また、定格温調線T1上で部分負荷運転できることから、部分負荷運転時においてガスタービン1を定格性能で運転することができる。なお、実施例1では、システムとして、発電を行うガスタービン1に適用したが、ガスエンジンシステム等に適用してもよい。 As described above, according to the first embodiment, the operation control point of the gas turbine 1 can be changed based on the rated temperature adjustment line T1, the preceding setting line T2, and the limit temperature adjustment line T3. At this time, across the rated temperature adjustment line T1, the higher exhaust gas temperature side can be the limit temperature adjustment line T3, and the lower exhaust gas temperature side can be the preceding setting line T2. For this reason, there is an operation control point on the rated temperature adjustment line T1, and even if the operation control point is changed due to load fluctuation from this state, the exhaust gas temperature is applied to the limit temperature adjustment line T3 and the load falls. The operation control point can be changed. In addition, when the load fluctuates, the operation control point can be shifted to the preceding setting line T2, and the exhaust gas temperature is less likely to be applied to the limit temperature adjustment line T3. Therefore, the operation control point can be easily changed. Can do. As described above, during partial load operation, even when there is an operation control point on the rated temperature adjustment line T1, the temperature adjustment control can be easily performed with respect to the load fluctuation, and the rated temperature adjustment Since the partial load operation can be performed on the line T1, the gas turbine 1 can be operated with the rated performance during the partial load operation. In the first embodiment, the system is applied to the gas turbine 1 that generates power, but may be applied to a gas engine system or the like.
次に、図4を参照して、実施例2に係る制御装置14について説明する。図4は、実施例2の温調制御の一例に関する説明図である。なお、実施例2では、重複した記載を避けるべく、実施例1と異なる部分について説明し、実施例1と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例2では、負荷上げ時において、ガスタービン1の運転制御点を、先行設定線T2の先行排気ガス温度よりも低くなるように変化させている。実施例2の温調制御は、負荷変動の変化量が、実施例1に比して大きい場合の温調制御である。なお、負荷変動の変化量が大きいときは、例えば、ガスタービンの急速起動運転時または発電機の周波数変動時である。
Next, the
図4に示すように、実施例2の制御装置14では、実施例1と同様に、定格温調線T1、先行設定線T2及び限界温調線T3を用いて温調制御を実行している。図4では、部分負荷運転の整定時において定格温調線T1上となるように温調制御された後、全負荷運転の整定時において定格温調線T1上となるように温調制御される場合について説明する。
As shown in FIG. 4, in the
制御装置14は、負荷上げ時において、燃料調整弁35の弁開度を大きくして燃料Fの供給量を多くすることで、ガスタービン出力を大きくし、大きくなるガスタービン出力に応じて入口案内翼22の開度を大きくすることで、空気Aの吸気量を多くする。このとき、制御装置14は、先行設定線T2によって設定される入口案内翼22の開度よりも大きな開度となるような関数を用いて、ガスタービン出力に基づき、入口案内翼22の開度を設定する。このため、制御装置14は、先行設定線T2における入口案内翼22の開度よりも大きな開度となることから、圧縮機11に取り込む空気Aの吸気量が先行設定線T2に比して多くなる。これにより、制御装置14は、取り込む空気Aの吸気量を多くできることから、排気ガス計測温度を速く低下させることができる。そして、制御装置14は、ガスタービン1の運転制御点が、排気ガス計測温度が先行設定線T2の先行排気ガス温度よりも低くなる状態で、先行設定線T2に沿うように変位させる。このとき、制御装置14は、入口案内翼22の開度が定格開度を超えた超開状態が可能となるように、入口案内翼22の開度を制御する。
The
この後、制御装置14は、部分負荷運転を行う所定の目標負荷となると、ガスタービンの運転制御点を、先行排気ガス温度よりも低くなる状態から定格温調線T1に移行させる。具体的に、制御装置14は、所定の目標負荷となると、入口案内翼22の開度が小さくなるように制御することで、排気ガス計測温度を上昇させる。そして、制御装置14は、運転制御点を定格温調線T1に移行させることで、部分負荷運転時におけるガスタービン1の性能が定格性能となる。
Thereafter, the
続いて、制御装置14は、部分負荷運転時において、運転制御点が定格温調線T1となる状態から負荷上げを行って全負荷運転とする場合、運転制御点を、先行設定線T2の先行排気ガス温度よりも低くなる状態に移行させる。具体的に、制御装置14は、入口案内翼22の開度が先行設定線T2における開度よりも大きくなるように制御することで、取り込む空気Aの吸気量を多くし、排気ガス計測温度を速く低下させる。
Subsequently, in the partial load operation, the
制御装置14は、運転制御点を先行設定線T2の先行排気ガス温度よりも低くなる状態に移行させると、ガスタービン1の運転を制御して、ガスタービン出力を大きくする。この後、制御装置14は、入口案内翼22の開度が定格開度となると、定格開度を超えた超開状態となるように入口案内翼22の開度を制御して、全負荷運転となるまでガスタービン出力を大きくする。
When the
そして、制御装置14は、運転制御点を定格温調線T1に移行させることで、全負荷運転時におけるガスタービンの性能が定格性能となり、また、ガスタービン出力が定格出力となる。このため、制御装置14は、全負荷運転時におけるガスタービン1の仕事効率が最適となる運転状態で、ガスタービン1の運転を制御することができる。
Then, the
以上のように、実施例2によれば、負荷変化量が大きい場合、負荷上げに伴って、限界温調線T3の限界排気ガス温度が速く低下する。このとき、負荷上げによって運転制御点が変位しても、排気ガス計測温度が遅れて低下する場合には、排気ガス計測温度が限界排気ガス温度に制限されることで、運転制御点を変化させることが困難となる。このため、負荷上げ時における負荷変化量が大きい場合、先行設定線T2の先行排気ガス温度よりも低くなるように、運転制御点を変化させることにより、入口案内翼22の開度を先行設定線T2よりも大きくして、取り込む空気Aの吸気量を多くことができる。これにより、排気ガス計測温度を速く低下させることができるため、排気ガス計測温度が限界温調線T3に制限されることなく、運転制御点を好適に変化させることができる。
As described above, according to the second embodiment, when the load change amount is large, the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line T3 rapidly decreases as the load increases. At this time, even if the operation control point is displaced due to a load increase, if the exhaust gas measurement temperature decreases with a delay, the operation control point is changed by limiting the exhaust gas measurement temperature to the limit exhaust gas temperature. It becomes difficult. For this reason, when the load change amount at the time of increasing the load is large, the opening degree of the
次に、図5を参照して、実施例3に係る制御装置14について説明する。図5は、実施例3の温調制御の一例に関する説明図である。なお、実施例3でも、重複した記載を避けるべく、実施例1及び2と異なる部分について説明し、実施例1及び2と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例3では、負荷下げ時において、限界温調線T3を定格温調線T2に沿わせている。
Next, the
図5に示すように、ガスタービン1の運転制御点が、定格点(全負荷運転時において定格温調線T2)上にある場合、制御装置14は、負荷下げ時において、限界温調線T3の限界排気ガス温度が定格温調線T2の定格排気ガス温度となるように変更する。具体的に、限界温調線T3における入口案内翼22の開度は、定格温調線T2における入口案内翼22の開度よりも小さい開度となっている。このため、制御装置14は、限界温調線T3における入口案内翼22の開度を、定格温調線T2における入口案内翼22の開度となるように変更する。この状態で、制御装置14は、負荷下げ時において、運転制御点を先行設定線T2に移行させる。
As shown in FIG. 5, when the operation control point of the gas turbine 1 is on the rated point (rated temperature adjustment line T2 at the time of full load operation), the
そして、制御装置14は、運転制御点を先行設定線T2に移行させた後、限界温調線T3を元の状態に戻す。つまり、制御装置14は、運転制御点を先行設定線T2に移行させた後、限界温調線T3における入口案内翼22の開度が、定格温調線T2における入口案内翼22の開度よりも小さい開度となるように変更する。
Then, the
以上のように、実施例3によれば、排気ガス計測温度が定格排気ガス温度となる状態から負荷下げする場合、限界温調線T3を定格温調線T2となるように変更することで、排気ガス計測温度が定格排気ガス温度を超えないように、ガスタービン1の運転を制御することができる。このため、制御装置14は、負荷下げ時において、排気ガス計測温度が定格温調線T2の定格排気ガス温度を超えて高くなることを抑制することができる。
As described above, according to the third embodiment, when the load is lowered from the state where the exhaust gas measurement temperature becomes the rated exhaust gas temperature, the limit temperature adjustment line T3 is changed to become the rated temperature adjustment line T2, The operation of the gas turbine 1 can be controlled so that the measured exhaust gas temperature does not exceed the rated exhaust gas temperature. For this reason, the
なお、実施例3では、定格点からの負荷下げについて説明したが、この構成に限定されず、部分負荷運転時において運転制御点が定格温調線T2上にある状態から負荷下げを行う場合も、実施例3と同様の制御を実行してもよい。 In the third embodiment, the load reduction from the rated point has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and the load may be reduced from a state where the operation control point is on the rated temperature adjustment line T2 during partial load operation. The same control as in the third embodiment may be executed.
次に、図6を参照して、実施例4に係る制御装置14について説明する。図6は、実施例4の温調制御の一例に関する説明図である。なお、実施例4でも、重複した記載を避けるべく、実施例1から3と異なる部分について説明し、実施例1から3と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例4では、負荷上げ時において、予め設定された設定条件を満たす場合、ガスタービン1の運転制御点が限界温調線T3を超えて変化することを許容している。
Next, the
図6に示すように、ガスタービン1の運転制御点が定格温調線T2上にある場合、制御装置14は、負荷上げを行うと、限界温調線T3の限界排気ガス温度は、負荷上げに伴って低下する。一方で、負荷上げによって運転制御点が変化するガスタービン1の排気ガス計測温度は、遅れて低下する場合がある。実施例1で記載したように、限界温調線T3の限界排気ガス温度は、圧縮機11の圧力比の関数で規定される。このため、制御装置14は、圧力計51の計測結果に基づいて圧力比を導出すると、限界排気ガス温度が導出される。一方で、制御装置14は、排気ガス温度計52により排気ガス計測温度を計測する。このため、排気ガス計測温度は、限界排気ガス温度に比して応答性が遅くなる場合がある。このとき、排気ガス計測温度が限界排気ガス温度に制限されて、ガスタービン1の運転制御点の変化が規制されることを回避すべく、制御装置14は、負荷上げ時において、設定条件を満たす場合に、限界温調線T3の限界排気ガス温度による排気ガス計測温度の制限を解除する。
As shown in FIG. 6, when the operation control point of the gas turbine 1 is on the rated temperature adjustment line T2, when the
ここで、設定条件について説明する。設定条件は、第1から第3の条件のうち、少なくとも1つの条件を含んでいる。第1の条件は、排気ガス計測温度が定格温調線T1の定格排気ガス温度に追従せずに、運転制御点が先行設定線T2に移行する条件である。つまり、第1の条件は、排気ガス計測温度が定格温調線T1の定格排気ガス温度となるように、ガスタービン1の運転をフィードバック制御せず、排気ガス計測温度が先行設定線T2の先行排気ガス温度となるように、ガスタービン1の運転制御点を変化させる条件である。第2の条件は、排気ガス計測温度が先行設定線T2の先行排気ガス温度よりも低くなるように、入口案内翼22の開度を開く条件である。第3の条件は、圧縮機11の圧力比が上昇する条件である。つまり、第3の条件は、制御装置14が、圧力計51で計測した計測結果に基づいて、圧縮機11の圧力比が上昇することを検出する条件である。
Here, the setting conditions will be described. The setting condition includes at least one of the first to third conditions. The first condition is a condition in which the operation control point shifts to the preceding setting line T2 without the exhaust gas measurement temperature following the rated exhaust gas temperature of the rated temperature adjustment line T1. That is, the first condition is that the operation of the gas turbine 1 is not feedback-controlled so that the exhaust gas measurement temperature becomes the rated exhaust gas temperature of the rated temperature adjustment line T1, and the exhaust gas measurement temperature is preceded by the preceding setting line T2. This is a condition for changing the operation control point of the gas turbine 1 so that the exhaust gas temperature is reached. The second condition is a condition for opening the opening of the
制御装置14は、負荷上げ時において、上記の設定条件を満たすか否かを判定する。制御装置14は、上記の設定条件を満たすと判定した場合、限界温調線T3の限界排気ガス温度による排気ガス計測温度の制限を解除することで、ガスタービン1の運転制御点が、限界温調線T3を超えて変位することを許容する。このため、制御装置14は、排気ガス計測温度が、限界温調線T3の限界排気ガス温度を上回るように、ガスタービン1の運転制御点を変化させて温調制御することができる。
The
以上のように、実施例4によれば、負荷上げ時において、排気ガス計測温度が、限界排気ガス温度に比して応答性が遅くなる場合、設定条件下において、限界温調線T3を超えて運転制御点が変化することを許容することにより、排気ガス計測温度が限界排気ガス温度によって制限されることなく、運転制御点を好適に変化させることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, when the exhaust gas measurement temperature becomes slower than the limit exhaust gas temperature when the load is increased, the limit temperature adjustment line T3 is exceeded under the set conditions. By allowing the operation control point to change, the operation control point can be suitably changed without the exhaust gas measurement temperature being limited by the limit exhaust gas temperature.
なお、実施例4では、単に排気ガス温度計52として説明したが、排気ガス温度計52は、ブレードパス温度計52aと排気部温度計52bとがあり、ブレードパス温度計52aは応答が速く、排気部温度計52bは応答が遅い。このため、実施例4の温調制御は、排気部温度計52bにより排気ガス計測温度を計測する場合に有用であり、また、ブレードパス温度計52aを用いて温調制御する場合には、ガスタービン1の運転制御点が限界温調線T3を超えないように制限してもよい。
In the fourth embodiment, the
次に、図7を参照して、実施例5に係る制御装置14について説明する。図7は、実施例5の温調制御の一例に関する説明図である。なお、実施例5でも、重複した記載を避けるべく、実施例1から4と異なる部分について説明し、実施例1から4と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例5では、負荷上げ時において、予め設定された設定条件を満たす場合、限界温調線T3の限界排気ガス温度を排気ガス計測温度よりも大きくしている。
Next, the
図7に示すように、ガスタービン1の運転制御点が定格温調線T2上にある場合、制御装置14は、負荷上げを行うと、限界温調線T3の限界排気ガス温度は、負荷上げに伴って低下する。このとき、排気ガス計測温度は、限界排気ガス温度に比して応答性が遅くなる場合がある。このため、排気ガス計測温度が限界排気ガス温度に制限されて、ガスタービン1の運転制御点の変化が規制されることを回避すべく、制御装置14は、負荷上げ時において、設定条件を満たす場合に、限界温調線T3の限界排気ガス温度を排気ガス計測温度よりも大きくして、排気ガス計測温度が限界排気ガス温度に制限されないようにしている。なお、設定条件は、実施例4と同様であるため、説明を省略する。
As shown in FIG. 7, when the operation control point of the gas turbine 1 is on the rated temperature adjustment line T2, when the
制御装置14は、負荷上げ時において、設定条件を満たすか否かを判定する。制御装置14は、設定条件を満たすと判定した場合、限界温調線T3の限界排気ガス温度を排気ガス計測温度よりも大きくすることで、ガスタービン1の運転制御点が、限界温調線T3に掛からないように変位させる。このため、制御装置14は、排気ガス計測温度が、限界温調線T3の限界排気ガス温度に掛からないように、ガスタービン1の運転制御点を変化させて温調制御することができる。
The
以上のように、実施例5によれば、負荷上げ時において、排気ガス計測温度が、限界排気ガス温度に比して応答性が遅くなる場合、設定条件下において、限界排気ガス温度を排気ガス計測温度よりも大きくすることにより、排気ガス計測温度が限界排気ガス温度によって制限されることなく、運転制御点を好適に変化させることができる。 As described above, according to the fifth embodiment, when the exhaust gas measurement temperature becomes slower than the limit exhaust gas temperature when the load is increased, the limit exhaust gas temperature is set to the exhaust gas under the set conditions. By making it larger than the measured temperature, the operation control point can be suitably changed without the exhaust gas measured temperature being limited by the limit exhaust gas temperature.
1 ガスタービン
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14 制御装置
15 発電機
18 ロータ
22 入口案内翼
22a 翼本体
22b IGV作動部
34 燃料供給ライン
35 燃料調整弁
51 圧力計
52 排気ガス温度計
52a ブレードパス温度計
52b 排気部温度計
A 空気
F 燃料
A1 圧縮空気
T1 定格温調線
T2 先行設定線
T3 限界温調線
L1 IGV定格角度ライン
L2 排気ガス温度制限ライン
P 定格点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記システムの負荷に応じて、前記システムの運転を制御するための運転制御点を変化させる負荷制御を実行しており、
所定の前記負荷における排気ガス温度が、前記システムの性能が定格性能となるような定格排気ガス温度に温調制御するための定格温調線と、
所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも先行して低くなるような先行排気ガス温度に設定するための先行設定線と、
所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも高い限界排気ガス温度を超えないように温調制御するための限界温調線とに基づいて、前記システムの運転を制御することを特徴とする制御装置。 Control of a system in which the sucked air is compressed by a compressor to become compressed air, combustion gas is generated by mixing the supplied fuel and the compressed air and burning, and a turbine is operated by the generated combustion gas In the device
In accordance with the load of the system, load control is performed to change the operation control point for controlling the operation of the system,
A rated temperature control line for controlling the temperature of the exhaust gas at a predetermined load to a rated exhaust gas temperature at which the performance of the system becomes a rated performance; and
A preceding setting line for setting the exhaust gas temperature at a predetermined load to a preceding exhaust gas temperature that is lower than the rated exhaust gas temperature;
The operation of the system is controlled based on a limit temperature adjustment line for temperature control so that the exhaust gas temperature at the predetermined load does not exceed a limit exhaust gas temperature higher than the rated exhaust gas temperature. A control device characterized by that.
前記排気ガス温度は、排気ガス温度計により計測される排気ガス計測温度であり、
前記負荷が上昇する負荷上げ時において、前記排気ガス計測温度が、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を上回り、且つ、予め設定された設定条件を満たす場合、前記排気ガス計測温度が前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を超えて、前記運転制御点が変化することを許容することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。 The limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line is defined as a function of the pressure ratio of the compressor,
The exhaust gas temperature is an exhaust gas measurement temperature measured by an exhaust gas thermometer,
When the exhaust gas measurement temperature exceeds the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line and satisfies a preset setting condition when the load is increased, the exhaust gas measurement temperature is 5. The control device according to claim 1, wherein the operation control point is allowed to change beyond the limit exhaust gas temperature of a limit temperature adjustment line. 6.
前記排気ガス温度は、前記排気ガス温度計により計測される排気ガス計測温度であり、
前記負荷が上昇する負荷上げ時において、前記排気ガス計測温度が、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を上回り、且つ、予め設定された設定条件を満たす場合、前記限界温調線の前記限界排気ガス温度を前記排気ガス計測温度よりも大きくすることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。 The limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line is defined as a function of the pressure ratio of the compressor,
The exhaust gas temperature is an exhaust gas measurement temperature measured by the exhaust gas thermometer,
When the exhaust gas measurement temperature exceeds the limit exhaust gas temperature of the limit temperature adjustment line and satisfies a preset setting condition at the time of load increase in which the load increases, the limit temperature adjustment line The control device according to any one of claims 1 to 4, wherein a limit exhaust gas temperature is set higher than the exhaust gas measurement temperature.
前記設定条件は、
前記排気ガス温度が、前記定格温調線の前記定格排気ガス温度に追従せず、前記運転制御点が前記先行設定線に移行する第1の条件と、
前記排気ガス温度が、前記先行設定線の前記先行排気ガス温度よりも低くなるように、前記入口案内翼の開度を開く第2の条件と、
前記圧縮機の圧力比が上昇する第3の条件とのうち、少なくとも1つの条件を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の制御装置。 The compressor has an inlet guide vane capable of adjusting the opening provided on the intake side,
The setting conditions are:
A first condition in which the exhaust gas temperature does not follow the rated exhaust gas temperature of the rated temperature adjustment line, and the operation control point shifts to the preceding setting line;
A second condition for opening the opening of the inlet guide vane such that the exhaust gas temperature is lower than the preceding exhaust gas temperature of the preceding setting line;
8. The control device according to claim 6, wherein the control device includes at least one of a third condition in which a pressure ratio of the compressor increases.
前記運転制御点は、前記入口案内翼の開度を調整することで変化させることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の制御装置。 The compressor has an inlet guide vane capable of adjusting the opening provided on the intake side,
The control device according to claim 1, wherein the operation control point is changed by adjusting an opening degree of the inlet guide vane.
前記圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、
生成された前記燃焼ガスによって作動するタービンと、
請求項1から8のいずれか1項に記載の制御装置と、を備えることを特徴とするシステム。 A compressor that compresses the sucked air into compressed air;
A combustor that generates combustion gas by supplying fuel to the compressed air and burning it;
A turbine operated by the generated combustion gas;
A system comprising: the control device according to claim 1.
前記システムの負荷に応じて、前記システムの運転を制御するための運転制御点を変化させる負荷制御を実行しており、
所定の前記負荷における排気ガス温度が、前記システムの性能が定格性能となるような定格排気ガス温度に温調制御するための定格温調線と、
所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも先行して低くなるような先行排気ガス温度に設定するための先行設定線と、
所定の前記負荷における前記排気ガス温度が、前記定格排気ガス温度よりも高い限界排気ガス温度を超えないように温調制御するための限界温調線とに基づいて、前記システムの運転を制御することを特徴とする制御方法。 Control of a system in which the sucked air is compressed by a compressor to become compressed air, combustion gas is generated by mixing the supplied fuel and the compressed air and burning, and a turbine is operated by the generated combustion gas In the method
In accordance with the load of the system, load control is performed to change the operation control point for controlling the operation of the system,
A rated temperature control line for controlling the temperature of the exhaust gas at a predetermined load to a rated exhaust gas temperature at which the performance of the system becomes a rated performance; and
A preceding setting line for setting the exhaust gas temperature at a predetermined load to a preceding exhaust gas temperature that is lower than the rated exhaust gas temperature;
The operation of the system is controlled based on a limit temperature adjustment line for temperature control so that the exhaust gas temperature at the predetermined load does not exceed a limit exhaust gas temperature higher than the rated exhaust gas temperature. A control method characterized by that.
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