JP2019200026A - ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼モードの切り替えに関して、一時的な出力低下を防ぎ、安定した負荷上昇を実現することができる、ガスタービン制御装置を提供する。【解決手段】パイロットノズルとメインノズルとを備えたガスタービンを制御するガスタービン制御装置を、パイロットノズルのみによる第１の燃焼モードからパイロットノズルとメインノズルを併用する第２の燃焼モードへ切り替える指令を受けた際に、メインノズルの点火を確認する点火確認処理部と、パイロットノズルの燃料流量を指令する信号を作成する処理を行う、パイロット燃料流量指令処理部を備え、パイロット燃料流量指令処理部が、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える指令を受けた際に、点火確認処理部がメインノズルの点火を確認してから、パイロットノズルの燃料流量を減少させる指令を出力する構成とする。【選択図】図４

Description

本発明は、ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法に関する。

ガスタービンの制御を行うガスタービン制御装置は、主に、入出力ユニット（入力ユニット及び出力ユニット）と演算部分から成る。そして、ガスタービン制御装置では、入力ユニットを介して現場情報を受信し、演算部分によって出力値を計算後、出力ユニットを介して現場へ指令信号が送られる。

また、ガスタービン発電プラントにおいては、燃料を燃焼させる際に発生するＮＯ_ｘを低減した運転方法を用いることが望まれる。
ガスタービンに用いられる燃焼器は、パイロットノズルとメインノズルの２つのノズルを組み合わせて構成されている。
パイロットノズルによる燃焼は、拡散燃焼と呼ばれ、燃焼振動が少なく安定するが、ＮＯ_ｘの排出量が多い。
メインノズルによる燃焼は、燃料と空気を混合させてから燃焼させる予混合燃焼と呼ばれ、ＮＯ_ｘの排出量は少ないが、燃焼振動が大きい。

ガスタービンの起動から定格運転までの間は、これらのノズルによる燃焼比率を段階的に変えながら燃焼を行うことで、燃焼振動を抑えつつ、ＮＯ_ｘの排出量をできるだけ低減させ、安定した負荷上昇を行うことができる。

負荷上昇に伴い両ノズルの燃焼比率を変更する、ガスタービン制御方法を示す技術として、特許文献１が知られている。

特開平６−２１３４５６号公報

特許文献１の制御方法では、ガスタービン起動後は、パイロットノズルによる発電出力を上昇させている。そして、一定負荷を超えてからは、パイロットノズルの燃料量を下げる一方で、メインノズルの燃料量を増やすことで、負荷上昇に伴ってメインノズルによる発電出力を増やしている。即ち、一定負荷を超えてからは、パイロットノズルのみによる燃焼段階から、パイロットノズルの燃焼比率を下げてメインノズルによる燃焼を開始する、混合燃焼段階に切り替えている。

この方法では、パイロットノズルのみによる燃焼段階から混合燃焼段階に切り替える際に、パイロットノズルの燃焼量はすぐに下げられる。しかしながら、メインノズルは、切り替え指令を受け取っても点火までに時間がかかり、すぐに燃焼を開始することが難しいと考えられる。
この現象によって、燃焼モード切り替え指令の信号の受取からメインノズル着火までの間は、燃焼器からタービンに送られる燃焼ガスの温度が下がり、一時的に出力が低下してしまうことが課題として存在する。特に、毎日起動と停止を行う火力発電所用のガスタービンにおいては、この発電出力の低下の影響は大きい。

以上のことから、本発明の目的は、ガスタービン起動から定格運転までに行われる燃焼モードの切り替えに関して、一時的な出力低下を防ぎ、安定した負荷上昇を実現することができる、ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法を提供することである。
また、本発明の上記の目的及びその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本発明のガスタービン制御装置は、パイロットノズルとメインノズルとを備えたガスタービンを制御するガスタービン制御装置である。
そして、本発明のガスタービン制御装置は、パイロットノズルのみによる第１の燃焼モードから、パイロットノズルとメインノズルを併用する第２の燃焼モードへ切り替える指令を受けた際に、メインノズルの点火を確認する点火確認処理部を備える。
また、本発明のガスタービン制御装置は、パイロットノズルの燃料流量を指令する信号を作成する処理を行う、パイロット燃料流量指令処理部を備える。
そして、パイロット燃料流量指令処理部は、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える指令を受けた際に、点火確認処理部がメインノズルの点火を確認してから、パイロットノズルの燃料流量を減少させる指令を出力する。

本発明のガスタービン制御方法は、ガスタービンを制御するガスタービン制御装置である。そして、制御する対象のガスタービンが、パイロットノズルとメインノズルとを備え、パイロットノズルのみによる第１の燃焼モードと、パイロットノズルとメインノズルを併用する第２の燃焼モードを、切り替えることが可能な構成である。
また、本発明のガスタービン制御方法は、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える際に、メインノズルの点火を確認する過程と、メインノズルの点火を確認してから前記パイロットノズルの燃料流量を減少させる過程が行われる。

上述の本発明のガスタービン制御装置によれば、パイロット燃料流量指令処理部は、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える際に、点火確認処理部がメインノズルの点火を確認してから、パイロットノズルの燃料流量を減少させる指令を出力する。
これにより、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える際に、従来はガスタービンの起動から定格運転までの間生じていた、一時的な出力低下を防ぐことが可能になる。

上述の本発明のガスタービン制御方法によれば、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える際に、メインノズルの点火を確認してからパイロットノズルの燃料流量を減少させる過程が行われる。
これにより、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える際に、従来はガスタービンの起動から定格運転までの間生じていた、一時的な出力低下を防ぐことが可能になる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

発電に利用されるガスタービンシステムの一般的な調節制御系統の概略構成図である。 燃焼モードの切り替えをスムーズに行った場合の出力の時間変化を示す図である。 燃焼モードの切り替え時に出力の低下を生じる場合の出力の時間変化を示す図である。 本発明に係る一実施の形態における、燃焼モード切替の制御回路の概略構成図（ブロック図）である。 本発明に係る一実施の形態の場合の出力の時間変化を示す図である。 本発明に係る一実施の形態における点火確認処理部の制御回路を示す図である。 図６のノズル部分メタル温度に関する信号を出力する過程のフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態について、文章もしくは図面を用いて説明する。ただし、本発明に示す構造、材料、その他具体的な数値等は、ここで取り上げた実施の形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。なお、各図において同一または類似の構成には同じ符号を付して繰り返しの説明は省略する。

まず、本発明に係る実施の形態を適用する、ガスタービンシステムについて説明する。
発電に利用されるガスタービンシステムの一般的な調節制御系統の概略構成図を、図１に示す。
図１に示すガスタービンシステムは、燃料遮断弁１１、燃料流量調節弁１２（１２Ａ，１２Ｂ）、圧縮機１３、案内翼１４、燃焼器１５、ガスタービン１６、発電機１７、ガスタービン制御装置１８から構成されている。

燃料遮断弁１１は、燃料の供給を遮断する機能と、燃料の供給の圧力を調整する機能を有する。燃料流量調節弁１２（１２Ａ，１２Ｂ）は、燃料の供給量を調整する。圧縮機１３は、空気を取り入れて圧縮し、高圧気体にする。案内翼１４は、圧縮機１３の入口に入る空気量を調整する。燃焼機１５は、燃料及び圧縮空気から燃焼ガスを生成する。ガスタービン１６は、燃焼機１５により生成された燃焼ガスにより回転する。発電機１７は、ガスタービン１６の回転エネルギーを電力に変換する。

ガスタービン制御装置１８は、各部に関連するアクチュエータ部分を制御する。そして、ガスタービン制御装置１８は、例えば、演算機能、記憶機能、通信機能等の機能を有する構成とする。
ガスタービン制御装置１８は、燃料流量調節弁１２の開度や圧縮機１３の入口の案内翼１４の角度が設定値となるように、各アクチュエータ部分に動作指令信号を送る。各燃料流量調節弁１２Ａ，１２Ｂの開度や案内翼１４の角度のそれぞれの測定値は、ガスタービン制御装置１８に送られる。この測定値と設定値の差がなくなるように、ガスタービン制御装置１８は、フィードバック制御により指令信号を送る。

燃焼器１５を構成するノズルには、拡散燃焼を行うパイロットノズルと、予混合燃焼を行うメインノズルの２種類がある。
拡散燃焼は、燃焼の安定性は高いが、ＮＯｘの排出量が多いという特徴がある。
予混合燃焼は、ＮＯｘの排出量は少ないが、燃焼振動が比較的大きく、燃焼の安定性が低いという特徴がある。

また、燃料流量調節弁１２（１２Ａ，１２Ｂ）は、２種類のノズルのそれぞれに設置されている。第１の燃料流量調整弁１２Ａはメインノズル用の調整弁であり、第２の燃料流量調整弁１２Ｂはパイロットノズル用の調整弁である。

一般的には、ガスタービン起動から定格負荷運転までの過程において、序盤は燃焼安定度が高いパイロットノズルによる拡散燃焼のみで運転（以後、「第１の燃焼モード」と呼ぶ）を行う。そして、負荷上昇に伴い、ある程度燃焼の安定が見込まれた時に、拡散燃焼の比率を下げ、メインノズルによる燃焼を開始して予混合燃焼を上げていく運転（以後、「第２の燃焼モード」と呼ぶ）へ切り替えている。即ち、第２の燃焼モードでは、パイロットノズルによる拡散燃焼と、メインノズルによる予混合燃焼が、併用される。

この燃焼モードの切り替えをスムーズに行った場合の出力の時間変化を、図２に示す。図２（Ａ）において、破線２１はパイロットノズルによる拡散燃焼の出力を示し、鎖線２２はメインノズルによる予混合燃焼の出力を示す。また、図２（Ｂ）において、実線２３は２つのノズルによる出力の合計出力を示す。

図２（Ａ）に示すように、序盤は第１の燃焼モードであり、破線２１で示すパイロットノズルによる拡散燃焼の出力のみが上昇していく。そして、時間Ｔ１において、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り替えて、パイロットノズルによる拡散燃焼の出力２１が低下すると共に、メインノズルによる予混合燃焼が開始される。これにより、鎖線２２で示すメインノズルによる予混合燃焼の出力２２が上昇していく。
この場合、図２（Ｂ）に示すように、２つのノズルによる出力の合計出力２３は、切り替え後もスムーズに増加している。

しかし、この方法で実際に燃焼を行うと、一時的な出力低下が発生してしまう。
このように、燃焼モードの切り替え時に出力の低下を生じる場合の出力の時間変化を、図３に示す。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、破線２１と鎖線２２と実線２３の内容は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）と同様である。

第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り替える指令が来たとき、パイロットノズルの燃料流量はすぐ減少させることができ、ガス温度は低くなる。即ち、図３（Ａ）に示すように、時間Ｔ１において、破線２１で示すパイロットノズルによる拡散燃焼の出力が低下する。
しかし、メインノズルは、指令を受けてから点火を始めるので、燃焼までに時間がかかってしまう。この間パイロットノズルの燃焼温度は下がっているので、燃焼器全体では一時的に燃焼温度が下がり、合計出力が低下する状態となる。即ち、図３（Ａ）に示すように、鎖線２２で示すメインノズルによる予混合燃焼の出力は、時間Ｔ１からある程度の時間２４を経過してから発生している。これにより、図３（Ｂ）に示すように、２つのノズルによる出力の合計出力２３は、時間Ｔ１から一時的に低下してしまう。

そこで、本実施の形態においては、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える際に、メインノズルの点火を確認してから、パイロットノズル燃料流量を減少させるように、ガスタービンの制御を行う。
続いて、本実施の形態に特有の構成について説明する。

本実施の形態における、燃焼モード切替の制御回路の概略構成図（ブロック図）を、図４に示す。なお、図４に示す制御回路は、図１に示したガスタービン制御装置１８内に構成される。

図４に示す制御回路は、論理積ファンクションブロック（ＡＮＤ）５１、第１のアナログスイッチファンクションブロック（ＡＳＷ）５２、第２のアナログスイッチファンクションブロック（ＡＳＷ）５３、を有する。
そして、この制御回路から、「パイロット燃料流量指令」、「メインノズル点火指令」、「メイン燃料流量指令」の３つの指令が出力される。

論理積ファンクションブロック５１は、「燃焼モード切替」信号５７と、「メインノズル点火確認」信号５８が入力され、出力信号５４を第１のアナログスイッチファンクションブロック５２に入力する。
第１のアナログスイッチファンクションブロック５２は、出力信号（パイロット燃料流量指令）として、論理積ファンクションブロック５１からの出力信号５４が１のときに「モード切替後パイロット燃料流量」信号５５を出力する。また、論理積ファンクションブロック５１からの出力信号５４が０のときに「モード切替前パイロット燃料流量」信号５６を出力する。なお、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り替えると、パイロットノズルの燃料流量は減少する。従って、「モード切替後パイロット燃料流量」信号５５は、「モード切替前パイロット燃料流量」信号５６のときよりも、パイロットノズルの燃料流量を減少させる指令の信号となる。
第２のアナログスイッチファンクションブロック５３は、「燃焼モード切替」信号５７が入力されることにより、出力信号（メイン燃料流量指令）を、０から「メイン燃料流量」信号５９へと変化させる。

図４に示す燃焼モード切替の制御回路のうち、論理積ファンクションブロック５１と第１のアナログスイッチファンクションブロック５２によって、パイロット燃料流量指令処理部５０が構成される。
パイロット燃料流量指令処理部５０は、「パイロット燃料流量指令」の信号、即ち、パイロットノズルの燃料流量を指令する信号を作成する処理を行う。

この制御回路により、以下の通り、燃焼モードを切り替える制御が行われる。
まず、パイロットノズルのみによる第１の燃焼モードでは、「燃焼モード切替」信号５７の入力がない。従って、論理積ファンクションブロック５１の出力信号５４は０であり、これにより、第１のアナログスイッチファンクションブロック５２の出力（パイロット燃料流量指令）は「モード切替前パイロット燃料流量」信号５６となる。また、第２のアナログスイッチファンクションブロック５３は、出力信号（メイン燃料流量指令）が０である。
即ち、第１の燃焼モードでは、パイロット燃料流量指令処理部５０で作成される「パイロット燃料流量指令」の信号は、「モード切替前パイロット燃料流量」信号５６である。

次に、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへ切り替える場合には、「燃焼モード切替」信号５７が、論理積ファンクションブロック５１及び第２のアナログスイッチファンクションブロック５３に入力される。また、「燃焼モード切替」信号５７が、そのまま「メインノズル点火指令」の信号として出力される。
このとき、第２のアナログスイッチファンクションブロック５３に「燃焼モード切替」信号５７が入ることにより、第２のアナログスイッチファンクションブロック５３の出力信号が、「メイン燃料流量」信号５９へと変化し、メインノズルの点火が始まる。また、パイロットノズルにおいては、メインノズルの点火が確認されると、「メインノズル点火確認」信号５８が論理積ファンクションブロック５１へ入力される。そして、論理積ファンクションブロック５１の出力信号５４が第１のアナログスイッチファンクションブロック５２に入力される。これにより、第１のアナログスイッチファンクションブロック５２の出力（パイロット燃料流量指令）が「モード切替後パイロット燃料流量」信号５５となり、パイロットノズルの燃料流量が減少する。
即ち、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り替える際に、パイロット燃料流量指令処理部５０で作成される「パイロット燃料流量指令」の信号は、「モード切替後パイロット燃料流量」信号５５である。従って、「モード切替後パイロット燃料流量」信号５５によって、パイロットノズルの燃料流量を減少させる指令がなされる。
このようにして、燃焼モードの切替が完了する。

このように、ガスタービン制御装置１８が、「燃焼モード切替」信号５７が出されても、メインノズルの点火の確認をするまでは、パイロットノズルの燃焼比率を低下させる指令を行わないように制御すれば、両ノズルの燃料比率の変更が同時に行われる。

本実施の形態の場合の出力の時間変化を、図５に示す。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、破線２１と鎖線２２と実線２３の内容は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）と同様である。

図５（Ａ）に示すように、時間Ｔ１において第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り替える指令が出て、メインノズルの点火が行われる。時間Ｔ１からある程度の時間２４を経過して、メインノズルの点火が確認されると、破線２１で示すパイロットノズルによる拡散燃焼の出力が低下すると共に、鎖線２２で示すメインノズルによる予混合燃焼の出力が発生する。その後は、予混合燃焼の出力２２が上昇していく。これにより、図５（Ｂ）に示すように、２つのノズルによる出力の合計出力２３は、時間Ｔ１の前後もスムーズに増加させることができ、出力低下を防ぐことができる。

上述した制御を行うには、メインノズルの点火を確認する必要があるため、メインノズルの点火を確認する、即ち、メインノズルの火炎を検知する方法を考える必要がある。
ガスタービンにおいて、一般的な火炎の検知は、パイロットノズルについてのみ行うことが多い。燃焼器内の火炎は温度が非常に高く、温度検出器等で直接測定することが難しい。この理由により、排気温度が点火指令後に一定温度上昇したときに点火したと判断する、間接的な火炎検知方法が用いられている。

本実施の形態では、ノズル別に火炎の検知を行う。メインノズルの火炎の検知は、既にパイロットノズルによる燃焼により燃焼器内に火炎が存在している段階で検知しなければならないため、火炎の検知の判断をより正確に実行する必要がある。
そこで、本実施の形態では、メインノズルの点火を確認する点火確認処理部の制御回路を、既に火炎が存在する状態でも、メインノズルの火炎の検知を行うことができるように構成する。

そして、本実施の形態では、特に、メインノズルの火炎の検知を行うための検知判断信号に、排気温度、ノズル部分メタル温度、メインノズル燃料流量調節弁の開度（以下、「燃料流量調節弁の開度」と略する）、のそれぞれに関する信号を用いる。「排気温度」は、排気ガスの温度である。「ノズル部分メタル温度」は、メインノズルのノズル部分に存在する、いずれかのメタル（金属部分）の温度である。
これらの信号を用いた、本実施の形態における点火確認処理部の制御回路を、図６に示す。

図６に示す点火確認処理部６０の制御回路では、６種類の機能マクロを使用している。
即ち、入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６１，６５、減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６２，６６、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３，６７，７１、オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４，６８、下側判定ファンクションブロック（ＬＣＫ）７２、リセット優先フリップフロップファンクションブロック（ＦＦＲ）７４、の各機能マクロを使用している。
これらの機能マクロについて、以下に説明する。

入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６１，６５は、基本的には入力された信号をそのまま出力するが、上部に信号が入ったとき、信号受信の瞬間の入力値を出力する機能を持つ。
減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６２，６６は、１つ目の入力値と２つ目の入力値の差を計算して出力する。
上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３，６７，７１は、入力された値が上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３，６７，７１内の設定値より上回る場合、デジタル信号１を出力する。
オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４，６８は、信号入力後にオンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４，６８内の設定時間を経過してから同じ値を出力することにより、設定時間の分だけ出力を遅らせる。
下側判定ファンクションブロック（ＬＣＫ）７２は、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３，６７，７１とは逆の機能を持ち、入力値が下側判定ファンクションブロック（ＬＣＫ）７２内の設定値を下回る場合、デジタル信号１を出力する。
リセット優先フリップフロップファンクションブロック（ＦＦＲ）７４は、リセット優先自己保持回路機能を有する。即ち、ＳＥＴ部分の入力値が１でＲＥＳＥＴ部分の入力値が０の場合、出力値は１である。この状態からＳＥＴ入力が０になった場合は前回の値を保持し、１を出力する。出力値が０になるには、ＲＥＳＥＴ入力に１が入る必要がある。仮にＳＥＴ入力とＲＥＳＥＴ入力が共に１である場合、リセット優先であるので、出力値は０である。
これらのマクロ機能を組み合わせて、メインノズルの火炎の検知を行う。

火炎検知判断材料として優先度が強い信号は、燃料流量調節弁の開度に関する信号である。ある程度の燃料流量が無ければ火炎は発生しないため、第１の検知判断信号を、燃料流量調節弁の開度の信号とする。
図６の例では、燃料流量調節弁の開度が、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）７１内の設定値（Ｘ％）以上のときに、信号（ｓｉｇ１）が発生する。

第２の検知判断信号は、メインノズルのノズル部分メタル温度及び排気温度に関するものである。

ノズル部分メタル温度に関しては、燃焼モード切り替え操作が行われてからのメタルの温度の変化量を検知する。
ノズル部分メタル温度の信号として、メタルの温度を温度計等で測定した測定値の信号が、入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６１と、減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６２の＋入力（前述した１つ目の入力値）に入力される。

入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６１では、ノズル部分メタル温度の信号が入力されると共に、マクロ上部にメインノズル点火指令の信号（図４の信号５７に該当）が入力される。メインノズル点火指令の信号の入力がないときは、その時点のノズル部分メタル温度を出力する。一方、メインノズル点火指令の信号の入力があると、そのメインノズル点火指令の信号の入力時点のノズル部分メタル温度を保持して出力する。

減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６２では、＋入力にノズル部分メタル温度の信号が入力され、−入力（前述した２つ目の入力値）に入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６１の出力信号が入力される。そして、＋入力と−入力の差の信号を出力する。メインノズル点火指令の信号の入力がないときは、＋入力も−入力も共にその時点のノズル部分メタル温度の信号であるので、差の信号として０の信号が出力される。メインノズル点火指令の信号の入力があると、−入力はそのメインノズル点火指令の信号の入力時点のノズル部分メタル温度が保持されているのに対して、＋入力は現時点のノズル部分メタル温度である。そのため、メインノズル点火後のメタル温度の変化に伴い、そのメタル温度の変化量に相当する差の信号が出力される。正常にメインノズルが点火した場合にはノズル部分メタル温度が上昇するので、差はプラスの値になる。

上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３では、減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６２の出力信号が入力され、入力された値が上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３内の設定値（Ａ℃）より上回る場合、デジタル信号１を出力する。即ち、ノズル部分メタル温度の変化量（温度上昇量）が設定値（Ａ℃）を上回ると、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３からデジタル信号１が出力される。なお、正常にメインノズルが点火した場合にはノズル部分メタル温度が上昇するので、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３内の設定値（Ａ℃）は、温度上昇値としてプラスの値に設定する。

オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４では、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３の出力信号が入力される。その出力信号入力後に、オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４内の設定時間（Ｂ秒）を経過してから同じ値を出力することにより、設定時間の分だけ出力を遅らせる。即ち、設定値（Ａ℃）を上回る状態が設定時間（Ｂ秒）以上続いた場合に、オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４から信号（ｓｉｇ２）が出力される。

排気温度に関しては、燃焼モード切り替え操作が行われてからの排気ガスの温度の変化量を検知する。
排気温度に関しても、ノズル部分メタル温度と同様の回路を構成する。
排気温度の信号として、排気ガスの温度を温度計等で測定した測定値の信号が、入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６５と、減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６６の＋入力（前述した１つ目の入力値）に入力される。

入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６５では、排気温度の信号が入力されると共に、マクロ上部にメインノズル点火指令の信号（図４の信号５７に該当）が入力される。メインノズル点火指令の信号の入力がないときは、その時点の排気温度を出力する。一方、メインノズル点火指令の信号の入力があると、そのメインノズル点火指令の信号の入力時点の排気温度を保持して出力する。

減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６６では、＋入力に排気温度の信号が入力され、−入力（前述した２つ目の入力値）に入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）６５の出力信号が入力される。そして、＋入力と−入力の差の信号を出力する。メインノズル点火指令の信号の入力がないときは、＋入力も−入力も共にその時点の排気温度の信号であるので、差の信号として０の信号が出力される。メインノズル点火指令の信号の入力があると、−入力はそのメインノズル点火指令の信号の入力時点の排気温度が保持されているのに対して、＋入力は現時点の排気温度である。そのため、メインノズル点火後の排気温度の変化に伴い、その排気温度の変化量に相当する差の信号が出力される。正常にメインノズルが点火した場合には排気温度が上昇するので、差はプラスの値になる。

上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６７では、減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６６の出力信号が入力され、入力された値が上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６７内の設定値（Ｃ℃）より上回る場合、デジタル信号１を出力する。即ち、排気温度の変化量（温度上昇量）が設定値（Ｃ℃）を上回ると、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６７からデジタル信号１が出力される。なお、正常にメインノズルが点火した場合には排気温度が上昇するので、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６７内の設定値（Ｃ℃）は、温度上昇値としてプラスの値に設定する。

オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６８では、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６７の出力信号が入力される。その出力信号入力後に、オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６８内の設定時間（Ｄ秒）を経過してから同じ値を出力することにより、設定時間の分だけ出力を遅らせる。即ち、設定値（Ｃ℃）を上回る状態が設定時間（Ｄ秒）以上続いた場合に、オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６８から信号（ｓｉｇ３）が出力される。

図６に示すように、必須条件は信号ｓｉｇ１であり、信号ｓｉｇ２及び信号ｓｉｇ３は少なくともどちらか１つの信号が出力されていれば良い。
これらの信号の条件が揃ったとき、メインノズル点火が行われたと判断する回路となっている。即ち、ＯＲ回路６９において、信号ｓｉｇ２及び信号ｓｉｇ３のＯＲ信号ｓｉｇ４を出力し、ＡＮＤ回路７３において、信号ｓｉｇ４と信号ｓｉｇ１のＡＮＤ信号ｓｉｇ５を出力する。

さらに、リセット優先フリップフロップファンクションブロック（ＦＦＲ）７４において、信号ｓｉｇ５をＳＥＴ信号とし、下側判定ファンクションブロック（ＬＣＫ）７２からの出力信号をＲＥＳＥＴ信号として、リセットが行われる。

下側判定ファンクションブロック（ＬＣＫ）７２では、燃料流量調節弁の開度が下側判定ファンクションブロック（ＬＣＫ）７２内の設定値（Ｙ％）以下のときに、上述したデジタル信号１が発生する。そして、このデジタル信号１がＲＥＳＥＴ信号となって、リセット優先フリップフロップファンクションブロック（ＦＦＲ）７４においてリセットが行われる。

図６の信号のうち、ノズル部分メタル温度に関する信号ｓｉｇ２を出力する過程のフローチャートを、図７に示す。

図７に示すフローチャートでは、まずステップＳ１において、メインノズル点火指令（図４の信号５７に該当）がなされ、ステップＳ２に進む。これにより、メインノズルが点火される。

次に、ステップＳ２において、メインノズル点火指令後の温度上昇値を算出し、ステップＳ３に進む。この温度上昇値の算出は、図６の減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）６２で行われる。

次に、ステップＳ３において、温度上昇値が設定値Ａ℃以上であるかを判断する。この判断は、図６の上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３で行われ、ステップＳ３の設定値Ａ℃は、上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）６３内の設定値である。温度上昇値が設定値Ａ℃以上である場合には、次のステップＳ４に進む。温度上昇値が設定値Ａ℃未満である場合には、ステップＳ２に戻る。

次に、ステップＳ４において、温度上昇値がＡ℃以上の状態の時間が設定値Ｂ秒以上経過したかを判断する。この判断は、図６のオンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４で行われ、ステップＳ４の設定値Ｂ秒は、オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）６４内の設定値である。設定値Ｂ秒以上経過した場合には、次に進み信号Ｓｉｇ２を出力する。経過時間が設定値Ｂ秒未満の場合には、ステップＳ４の前に戻る。

このようにして、ノズル部分メタル温度に関する信号ｓｉｇ２が出力される。

本実施の形態において、図４に示した燃焼モード切替の制御回路の各ブロック５１〜５３や、図６に示した点火確認処理部の制御回路の機能マクロ又は回路６１〜７４は、コンピュータソフトウェア、もしくは、ハードウェアで実現することができる。

コンピュータソフトウェアで実現する場合には、ブロック５１〜５３や機能マクロ又は回路６１〜７４の機能を実現するプログラムを使用して、マイクロコンピュータ等のプロセッサがプログラムを解釈して、実行するように構成する。

ハードウェアで実現する場合には、ブロック５１〜５３や機能マクロ又は回路６１〜７４の一部又は全部を、図１に示したガスタービン制御装置１８内に設けられた集積回路等のハードウェアで構成する。
なお、ブロック５１〜５３や機能マクロ又は回路６１〜７４の一部をハードウェアで構成して、残りをコンピュータソフトウェアで構成することも可能である。

上述した実施の形態によれば、図６に示したように、メインノズルの燃料流量調節弁の開度に関する信号ｓｉｇ１と、ノズル部分メタル温度に関する信号ｓｉｇ２と、排気温度に関する信号ｓｉｇ３の、３種類の信号を用いて、メインノズルの点火を確認している。これにより、１種類の信号のみを用いてメインノズルの点火を確認する構成や、２種類の信号を用いてメインノズルの点火を確認する構成と比較して、メインノズルの火炎の検知をより確実に行うことができる。
そして、メインノズルの火炎を検知したら、図４に示したように、パイロットノズルの燃料流量を減少させて、燃焼モードを切り替える。これにより、ガスタービンの起動から定格運転までの間に起こる一時的な出力低下を防ぐように制御することが可能になる。

（変形例）
上述した実施の形態では、図６に示したように、検知判断信号として３種類の信号（ｓｉｇ１，ｓｉｇ２，ｓｉｇ３）を使用するように構成していた。
しかしながら、前述したように、３種類の信号のうち、必須条件は信号ｓｉｇ１であり、信号ｓｉｇ２及び信号ｓｉｇ３は少なくともどちらか１つの信号が出力されていれば良い。
そこで、例えば、図６に示したメインノズル火炎検知回路のうち、ノズル部分メタル温度に関する信号ｓｉｇ２を出力する回路、或いは、排気温度に関する信号ｓｉｇ３を出力する回路の、いずれか一方のみを使用することも可能である。なお、燃料流量調整弁の開度に関する信号ｓｉｇ１を出力する回路は、そのまま使用する。

このように、信号ｓｉｇ１を出力する回路と、信号ｓｉｇ２を出力する回路或いは信号ｓｉｇ３を出力する回路との、２種類の信号を検知判断信号として使用する構成も、本発明の範囲に含まれる。
そして、このような２種類の信号を検知判断信号として使用する構成によっても、メインノズルの火炎の検知を確実に行うことができ、ガスタービンの起動から定格運転までの間に起こる一時的な出力低下を防ぐように制御することが可能になる。また、２種類の信号を使用することにより、１種類の信号のみを用いてメインノズルの点火を確認する構成と比較して、メインノズルの火炎の検知をより確実に行うことができる。

１１ 燃料遮断弁、１２ 燃料流量調節弁、１３ 圧縮機、１４ 案内翼、１５ 燃焼機、１６ ガスタービン、１７ 発電機、１８ ガスタービン制御装置、５０ パイロット燃料流量指令処理部、５１ 論理積ファンクションブロック（ＡＮＤ）、５２ 第１のアナログスイッチファンクションブロック（ＡＳＷ）、５３ 第２のアナログスイッチファンクションブロック（ＡＳＷ）、６０ 点火確認処理部、６１，６５ 入力値保持ファンクションブロック（ＨＬＤ）、６２，６６ 減算ファンクションブロック（ＳＵＢ）、６３，６７，７１ 上側判定ファンクションブロック（ＵＣＫ）、６４，６８ オンディレイタイマーファンクションブロック（ＴＰ）、７２ 下側判定ファンクションブロック（ＬＣＫ）、７４ リセット優先フリップフロップファンクションブロック（ＦＦＲ）

Claims (6)

1. パイロットノズルとメインノズルとを備えたガスタービンを制御するガスタービン制御装置であって、
   前記パイロットノズルのみによる第１の燃焼モードから、前記パイロットノズルと前記メインノズルを併用する第２の燃焼モードへ切り替える指令を受けた際に、前記メインノズルの点火を確認する点火確認処理部と、
   前記パイロットノズルの燃料流量を指令する信号を作成する処理を行う、パイロット燃料流量指令処理部と、を備え、
   前記パイロット燃料流量指令処理部は、前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードへ切り替える指令を受けた際に、前記点火確認処理部が前記メインノズルの点火を確認してから、前記パイロットノズルの燃料流量を減少させる指令を出力する
   ガスタービン制御装置。
2. 前記点火確認処理部は、前記メインノズルの燃料調節弁の開度に関する信号と、前記メインノズルの排気ガスの温度に関する信号又は前記メインノズルのノズル部分のメタルの温度に関する信号の少なくとも一方の信号とを用いて、前記メインノズルの点火を確認する、請求項１に記載のガスタービン制御装置。
3. 前記点火確認処理部は、前記メインノズルの排気ガスの温度に関する信号及び前記メインノズルのノズル部分のメタルの温度に関する信号の両方の信号を用いて、前記メインノズルの点火を確認する、請求項２に記載のガスタービン制御装置。
4. ガスタービンを制御するガスタービン制御方法であって、
   前記ガスタービンは、パイロットノズルとメインノズルとを備え、前記パイロットノズルのみによる第１の燃焼モードと、前記パイロットノズルと前記メインノズルを併用する第２の燃焼モードを、切り替えることが可能な構成であり、
   前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードへ切り替える際に、前記メインノズルの点火を確認する過程と、前記メインノズルの点火を確認してから前記パイロットノズルの燃料流量を減少させる過程が行われる
   ガスタービン制御方法。
5. 前記メインノズルの点火を確認する過程において、前記メインノズルの燃料調節弁の開度に関する信号と、前記メインノズルの排気ガスの温度に関する信号又は前記メインノズルのノズル部分のメタルの温度に関する信号の少なくとも一方の信号とを用いて、前記メインノズルの点火を確認する、請求項４に記載のガスタービン制御方法。
6. 前記メインノズルの点火を確認する過程において、前記メインノズルの排気ガスの温度に関する信号及び前記メインノズルのノズル部分のメタルの温度に関する信号の両方の信号を用いて、前記メインノズルの点火を確認する、請求項５に記載のガスタービン制御方法。

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