JP2017115666A - ガスタービン冷却系統、これを備えるガスタービン設備、ガスタービン冷却系統の制御装置及び制御方法 - Google Patents
ガスタービン冷却系統、これを備えるガスタービン設備、ガスタービン冷却系統の制御装置及び制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
ガスタービンの空気圧縮機で圧縮された圧縮空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部品に導く冷却空気ラインと、前記冷却空気ライン中の前記圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、前記冷却空気ライン中の前記冷却空気を昇圧する昇圧機と、前記冷却空気ラインを経て前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量を調節する流量調節器と、を備えるガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記ガスタービンの負荷を示す負荷指令を受け付ける受付部と、前記受付部が受け付けた前記負荷指令が示す負荷が変化したか否かを判定する負荷変化判定部と、前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量が前記ガスタービンの運転状態に応じて定まる目標流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第一指令を発生する第一指令発生部と、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記目標流量より多い変化時流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第二指令を発生する第二指令発生部と、前記第二指令発生部が前記第二指令を発生している場合、前記第二指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力し、前記第二指令発生部が前記第二指令を発生していない場合、前記第一指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力する指令出力部と、を有する。
ガスタービンの空気圧縮機で圧縮された圧縮空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部品に導く冷却空気ラインと、前記冷却空気ライン中の前記圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、前記冷却空気ライン中の前記冷却空気を昇圧する昇圧機と、前記冷却器による前記圧縮空気の冷却量を調節する冷却量調節器と、を備えるガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記ガスタービンの負荷を示す負荷指令を受け付ける受付部と、前記受付部が受け付けた前記負荷指令が示す負荷が変化したか否かを判定する負荷変化判定部と、前記冷却空気の温度が目標温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第三指令を発生する第三指令発生部と、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記冷却空気の温度が前記目標温度より低い変化時温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第四指令を発生する第四指令発生部と、前記第四指令発生部が前記第四指令を発生している場合、前記第四指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力し、前記第四指令発生部が前記第四指令を発生していない場合、前記第三指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力する指令出力部と、を有する。
以上のいずれかの制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、を備え、前記流量調節器は、前記冷却空気ライン中で前記昇圧機よりも前記空気圧縮機側の吸気ラインに設けられ、前記吸気ラインを流れる前記冷却空気の流量を調節する吸気弁である。
以上のいずれかの制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、を備え、前記冷却空気ラインは、前記空気圧縮機で圧縮された圧縮空気を前記昇圧機に導く吸気ラインと、前記昇圧機で昇圧された空気を前記高温部品に導く吐出ラインと、前記吐出ラインを流れる空気を前記吸気ラインに戻すリターンラインと、を有し、前記流量調節器は、前記リターンラインを流れる空気の流量を調節するリターン弁である。
以上のいずれかの制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、を備え、前記流量調節器は、前記昇圧機のケーシングに設けられ、前記ケーシング内に流入する前記冷却空気の流量を調節するインレットガイドベーンである。
以上のいずれかの制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、を備え、前記流量調節器は、前記昇圧機の駆動量を調節可能な駆動量調節器である。
前記第三指令発生部及び前記第四指令発生部を有する、以上のいずれかの制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、前記冷却量調節器と、を備え、前記冷却器は、前記圧縮空気と冷却媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却する熱交換器であり、前記冷却量調節器は、前記熱交換器に流入する前記冷却媒体の流量を調節する冷媒弁である。
前記第三指令発生部及び前記第四指令発生部を有する、以上のいずれかの制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機61と、前記流量調節器と、前記冷却量調節器と、を備え、前記冷却器は、前記圧縮空気が内部を通るラジエターと、前記ラジエターを外部から冷却するファンと、を有し、前記冷却量調節器は、前記ファンの駆動量を調節可能な駆動量調節器である。
以上のいずれかのガスタービン冷却系統と、前記ガスタービンと、を備える。
ガスタービンの空気圧縮機で圧縮された圧縮空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部品に導く冷却空気ラインと、前記冷却空気ライン中の前記圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、前記冷却空気ライン中の前記冷却空気を昇圧する昇圧機と、前記冷却空気ラインを経て前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量を調節する流量調節器と、を備えるガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記ガスタービンの負荷を示す負荷指令を受け付ける受付工程と、前記受付工程で受け付けた前記負荷指令が示す負荷が変化したか否かを判定する負荷変化判定工程と、前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量が前記ガスタービンの運転状態に応じて定まる目標流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第一指令を発生する第一指令発生工程と、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記目標流量より多い変化時流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第二指令を発生する第二指令発生工程と、前記第二指令発生工程で前記第二指令を発生している場合、前記第二指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力し、前記第二指令発生工程で前記第二指令を発生していない場合、前記第一指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力する指令出力工程と、を実行する。
ガスタービンの空気圧縮機で圧縮された圧縮空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部品に導く冷却空気ラインと、前記冷却空気ライン中の前記圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、前記冷却空気ライン中の前記冷却空気を昇圧する昇圧機と、前記冷却器による前記圧縮空気の冷却量を調節する冷却量調節器と、を備えるガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記ガスタービンの負荷を示す負荷指令を受け付ける受付工程と、前記受付工程で受け付けた前記負荷指令が示す負荷が変化したか否かを判定する負荷変化判定工程と、前記冷却空気の温度が目標温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第三指令を発生する第三指令発生工程と、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記冷却空気の温度が前記目標温度より低い変化時温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第四指令を発生する第四指令発生工程と、前記第四指令発生工程で前記第四指令を発生している場合、前記第四指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力し、前記第四指令発生工程で前記第四指令を発生していない場合、前記第三指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力する指令出力工程と、を実行する。
以下、本発明に係るガスタービン設備の第一実施形態について、図1〜図6を参照して詳細に説明する。
前述したように、中間車室6から抽気された圧縮空気は、吸気ライン52に設けた冷却器64で冷却され、吸気弁69を経て昇圧機61に吸引される。昇圧機61で昇圧された冷却空気は、一部の冷却空気がリターン弁57を有するリターンライン56から吸気ライン52に戻され、残りの冷却空気は、吐出ライン55を経て燃焼筒22に供給される。リターンライン56は、昇圧機61の運転域がサージ域に入るのを防止するため、昇圧機61の保護のために設けるラインである。昇圧機61の通常運転時における吐出ライン55を流れる冷却空気の流量は、吸気弁69とリターン弁57の開閉制御で調整される。但し、吸気弁69とリターン弁57を同時に制御すると、相互干渉により制御が不安定になる。そこで、本実施形態では、制御弁(吸気弁69、リターン弁57)の制御相互干渉を避けるため、制御弁に対する弁操作指令(以下、基準弁指令と呼ぶ)を、冷却空気の高負荷流量域と低負荷流量域に区分けして、スプリット制御を行う。このスプリット制御では、基準弁指令の指令値が所定値以上の場合には、専ら吸気弁69の開度を制御し、基準弁指令の指令値が所定値未満の場合には、専らリターン弁57の開度を制御する。
基準弁指令の指令値が、50%以上の領域を高負荷流量領域(吸気弁制御域)として扱う。また、基準弁指令の指令値が、50%未満の領域を低負荷流量領域(リターン弁制御域)として扱う。なお、基準弁指令の指令値を高負荷流量領域と低負荷流量領域に区分する分岐点をスプリット点Pと呼ぶ。スプリット点Pである基準指令の指令値50%は、一例であり、この値に限定されない。
ガスタービン設備の第二実施形態について、図7を参照して詳細に説明する。
上記第一実施形態及び上記第二実施形態におけるガスタービン設備の第一変形例について、図8を参照して説明する。
上記第一実施形態及び上記第二実施形態におけるガスタービン設備の第二変形例について、図9を参照して説明する。
上記各実施形態において、制御装置100,100aと上位制御装置170とは別体であるが、これらは一体であってもよい。
Claims (29)
- ガスタービンの空気圧縮機で圧縮された圧縮空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部品に導く冷却空気ラインと、
前記冷却空気ライン中の前記圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、
前記冷却空気ライン中の前記冷却空気を昇圧する昇圧機と、
前記冷却空気ラインを経て前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量を調節する流量調節器と、
を備えるガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記ガスタービンの負荷を示す負荷指令を受け付ける受付部と、
前記受付部が受け付けた前記負荷指令が示す負荷が変化したか否かを判定する負荷変化判定部と、
前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量が前記ガスタービンの運転状態に応じて定まる目標流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第一指令を発生する第一指令発生部と、
前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記目標流量より多い変化時流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第二指令を発生する第二指令発生部と、
前記第二指令発生部が前記第二指令を発生している場合、前記第二指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力し、前記第二指令発生部が前記第二指令を発生していない場合、前記第一指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力する指令出力部と、
を有するガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項1に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記変化時流量は、前記目標流量よりも予め定められた割合だけ多い、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項1又は2に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第二指令発生部は、前記変化時流量が得られる前記流量調節器のフィードフォワード目標操作量を示す指令を前記第二指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項1に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第二指令発生部は、前記変化時流量に関する目標値と前記冷却空気の現状の流量との偏差が小さくなるよう定められた前記流量調節器のフィードバック操作量を示す指令を前記第二指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第二指令発生部は、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定されると、前記第二指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第二指令発生部は、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定され、且つ予め定められた第二指令中止条件を満たすと、前記第二指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記ガスタービン冷却系統は、前記冷却器による前記圧縮空気の冷却量を調節する冷却量調節器を備えており、
前記冷却空気の温度が目標温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第三指令を発生する第三指令発生部と、
前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記冷却空気の温度が前記目標温度より低い変化時温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第四指令を発生する第四指令発生部と、
前記第四指令発生部が前記第四指令を発生している場合、前記第四指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力し、前記第四指令発生部が前記第四指令を発生していない場合、前記第三指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力する指令出力部と、
を有するガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項7に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記変化時温度は、前記目標温度より予め定められた割合だけ低い、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項7又は8に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第四指令発生部は、前記変化時温度が得られる前記冷却量調節器のフィードフォワード目標操作量を示す指令を前記第四指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項7に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第四指令発生部は、前記変化時温度の目標値と前記冷却空気の現状の温度との偏差が小さくなるよう定められた前記冷却量調節器のフィードバック操作量を示す指令を前記第四指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項7から10のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第四指令発生部は、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定されると、前記第四指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項7から10のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置において、
前記第四指令発生部は、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷変化判定部により前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定され、且つ予め定められた第四指令中止条件を満たすと、前記第四指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御装置。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、を備え、
前記流量調節器は、前記冷却空気ライン中で前記昇圧機よりも前記空気圧縮機側の吸気ラインに設けられ、前記吸気ラインを流れる前記冷却空気の流量を調節する吸気弁である、
ガスタービン冷却系統。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、を備え、
前記冷却空気ラインは、前記空気圧縮機で圧縮された圧縮空気を前記昇圧機に導く吸気ラインと、前記昇圧機で昇圧された空気を前記高温部品に導く吐出ラインと、前記吐出ラインを流れる空気を前記吸気ラインに戻すリターンラインと、を有し、
前記流量調節器は、前記リターンラインを流れる空気の流量を調節するリターン弁である、
ガスタービン冷却系統。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、を備え、
前記流量調節器は、前記昇圧機のケーシングに設けられ、前記ケーシング内に流入する前記冷却空気の流量を調節するインレットガイドベーンである、
ガスタービン冷却系統。 - 請求項7から12のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、前記冷却量調節器と、を備え、
前記冷却器は、前記圧縮空気と冷却媒体とを熱交換させて、前記圧縮空気を冷却する熱交換器であり、
前記冷却量調節器は、前記熱交換器に流入する前記冷却媒体の流量を調節する冷媒弁である、
ガスタービン冷却系統。 - 請求項13から16のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統と、
前記ガスタービンと、
を備えるガスタービン設備。 - ガスタービンの空気圧縮機で圧縮された圧縮空気をガスタービン中で燃焼ガスに接する高温部品に導く冷却空気ラインと、前記冷却空気ライン中の前記圧縮空気を冷却して冷却空気にする冷却器と、前記冷却空気ライン中の前記冷却空気を昇圧する昇圧機と、前記冷却空気ラインを経て前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量を調節する流量調節器と、を備えるガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記ガスタービンの負荷を示す負荷指令を受け付ける受付工程と、
前記受付工程で受け付けた前記負荷指令が示す負荷が変化したか否かを判定する負荷変化判定工程と、
前記高温部品に供給される前記冷却空気の流量が前記ガスタービンの運転状態に応じて定まる目標流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第一指令を発生する第一指令発生工程と、
前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記目標流量より多い変化時流量になり得る前記流量調節器の操作量を示す第二指令を発生する第二指令発生工程と、
前記第二指令発生工程で前記第二指令を発生している場合、前記第二指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力し、前記第二指令発生工程で前記第二指令を発生していない場合、前記第一指令に基づく流量調節器指令を前記流量調節器に出力する指令出力工程と、
を実行するガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項18に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記変化時流量は、前記目標流量よりも予め定められた割合だけ大きい、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項18又は19に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第二指令発生工程では、前記変化時流量が得られる前記流量調節器のフィードフォワード目標操作量を示す指令を前記第二指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項18に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第二指令発生工程では、前記変化時流量に関する目標値と前記冷却空気の現状の流量との偏差が小さくなるよう定められた前記流量調節器のフィードバック操作量を示す指令を前記第二指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項18から21のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第二指令発生工程では、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定されると、前記第二指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項18から21のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第二指令発生工程では、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定され、且つ予め定められた第二指令中止条件を満たすと、前記第二指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項18から23のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記ガスタービン冷却系統は、前記冷却器による前記圧縮空気の冷却量を調節する冷却量調節器を備えており、
前記冷却空気の温度が目標温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第三指令を発生する第三指令発生工程と、
前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定されると、前記冷却空気の温度が前記目標温度より低い変化時温度になり得る前記冷却量調節器の操作量を示す第四指令を発生する第四指令発生工程と、
前記第四指令発生工程で前記第四指令を発生している場合、前記第四指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力し、前記第四指令発生工程で前記第四指令を発生していない場合、前記第三指令に基づく冷却量調節器指令を前記冷却量調節器に出力する指令出力工程と、
を実行するガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項24に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記変化時温度は、前記目標温度より予め定められた割合だけ低い、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項24又は25に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第四指令発生工程では、前記変化時温度が得られる前記冷却量調節器のフィードフォワード目標操作量を示す指令を前記第四指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項24に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第四指令発生工程では、前記変化時温度の目標値と前記冷却空気の現状の温度との偏差が小さくなるよう定められた前記冷却量調節器のフィードバック操作量を示す指令を前記第四指令として発生する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項24から27のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第四指令発生工程では、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定されると、前記第四指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。 - 請求項24から28のいずれか一項に記載のガスタービン冷却系統の制御方法において、
前記第四指令発生工程では、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷が変化したと判定された後、前記負荷変化判定工程により前記負荷指令が示す負荷の変化が終了したと判定され、且つ予め定められた第四指令中止条件を満たすと、前記第四指令の発生を中止する、
ガスタービン冷却系統の制御方法。
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