JP2021032121A - ガスタービンの燃焼制御装置、燃焼制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷遮断時のガスタービンの運転を火炎による機器の損傷を防止しつつ適切に行うことが可能な燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】燃焼制御装置１は、車室内に流入した圧縮機による圧縮空気を燃焼器に供給するガスタービンの燃焼制御装置であって、車室内に流入した圧縮空気の一部を、燃焼器における燃焼用空気として用いられないように抽気する抽気配管に設けられた抽気弁９を制御する抽気弁制御部２と、燃焼器へ供給する燃料の燃料流量Ｇｆを調整する燃料調整弁８３を制御する燃料制御部３と、燃焼器内での燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度Ｔｆを取得する温度取得部４と、を備え、ガスタービンから負荷を切り離す負荷遮断信号Ｓが受信されると、抽気弁制御部は抽気弁の弁開度を閉状態から規定開度Ｖｃの開状態に制御し、燃料制御部は取得された火炎温度が上限値Ｌｕおよび下限値Ｌｌで定められる所定の温度範囲に収まるように燃料調整弁を制御する。
【選択図】図２

Description

本開示は、負荷遮断時におけるガスタービンの燃焼制御に関する。

発電用ガスタービンプラントでは、負荷運転中に負荷を切り離す負荷遮断を実施することがある。この負荷遮断後の運転は、燃焼器における火炎の失火がなく、ガスタービンの回転数がオーバースピードトリップ（以下、ＯＳＴ）規定値の例えば１１０％以下となると、成功とみなされる。負荷遮断後の運転を成功させるためには、例えば燃料を多めに供給するなどして燃空比を高めて失火を防ぐ必要があるが、燃料の供給量に応じて上記の回転数が高くなるのでＯＳＴの可能性が高まる。一方、燃料の供給量を少なくするほどＯＳＴの回避は確実となるが、燃料の供給量が少ないために燃空比が低くなりすぎると失火が発生し、ガスタービンが停止してしまう。

例えば特許文献１には、負荷遮断時に入口案内翼（ＩＧＶ：ＩｎｌｅｔＧｕｉｄｅＶａｎｅ）の開度と、圧縮機から圧縮空気を抽気する抽気弁の弁開度を制御して、ガスタービンの回転数の低下を抑制することが開示されている。また、特許文献２には、燃焼制御装置が、負荷遮断時において、燃焼器の燃料ノズルからの噴射量（燃料供給流量）を、ガスタービンの回転数がＯＳＴ規定値の１１０％を超えないための閾値以下に制御すると共に、車室から圧縮空気を抽気するための抽気配管上のバイパス弁（抽気弁）を閉状態から開状態に制御することが開示されている。これによって、負荷遮断時に行われる車室からの圧縮空気の抽気により、燃料ノズルへの圧縮空気の供給量（空気供給流量）が減らせるので、燃焼器内への燃料供給流量を増やさずに燃焼器における燃空比を高めることが可能である。よって、ＯＳＴが発生しない量の燃料を供給することでＯＳＴの発生を防止しつつ、無駄な燃料を消費することなく燃空比を高めることで失火を防止することが可能となる。なお、特許文献３には、ガスタービンの運転状態に基づく火炎温度の推定手法が開示されている。

特許第５１４７７６６号公報 特開２０１７−１０６３２４号公報 特開２０１８−１７８８０３号公報

上述したように、ガスタービンの負荷遮断時には、ガスタービンの回転数が過度に上昇するのを防止しつつ、失火を防止することが求められる。上記の特許文献２では、空気供給流量に対する燃料供給流量の割合である燃空比を失火の防止のための制御の指標に用いているが、燃焼器内での燃焼安定性をより正確に見極めると共に、火炎温度が高すぎることによる機器の損傷を防止するために、負荷遮断時の燃焼制御を火炎温度に基づいて行う手法が求められる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、負荷遮断時のガスタービンの運転を火炎による機器の損傷を防止しつつ適切に行うことが可能な燃焼制御装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの燃焼制御装置は、
車室内に流入した圧縮機による圧縮空気を燃焼器に供給するガスタービンの燃焼制御装置であって、
前記車室内に流入した前記圧縮空気の一部を、前記燃焼器における燃焼用空気として用いられないように抽気する抽気配管に設けられた抽気弁を制御するよう構成された抽気弁制御部と、
前記燃焼器へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁を制御するよう構成された燃料制御部と、
前記燃焼器内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度を取得するよう構成された温度取得部と、を備え、
前記ガスタービンから負荷を切り離す負荷遮断信号が受信されると、前記抽気弁制御部は前記抽気弁の弁開度を閉状態から規定開度の開状態に制御し、前記燃料制御部は取得された前記火炎温度が上限値および下限値で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁を制御する。

本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの燃焼制御方法は、
車室内に流入した圧縮機による圧縮空気を燃焼器に供給するガスタービンの燃焼制御方法であって、
前記車室内に流入した前記圧縮空気の一部を、前記燃焼器における燃焼用空気として用いられないように抽気する抽気配管に設けられた抽気弁を制御する抽気弁制御ステップと、
前記燃焼器へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁を制御する燃料制御ステップと、
前記燃焼器内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度を取得する温度取得ステップと、を備え、
前記ガスタービンから負荷を切り離す負荷遮断信号が受信されると、前記抽気弁制御ステップは前記抽気弁の弁開度を閉状態から規定開度の開状態に制御し、前記燃料制御ステップは取得された前記火炎温度が上限値および下限値で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁を制御する。

本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの燃焼制御プログラムは、
車室内に流入した圧縮機による圧縮空気を燃焼器に供給するガスタービンの燃焼制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記車室内に流入した前記圧縮空気の一部を、前記燃焼器における燃焼用空気として用いられないように抽気する抽気配管に設けられた抽気弁を制御するよう構成された抽気弁制御部と、
前記燃焼器へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁を制御するよう構成された燃料制御部と、
前記燃焼器内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度を取得するよう構成された温度取得部と、備え、
前記ガスタービンから負荷を切り離す負荷遮断信号が受信されると、前記抽気弁制御部は前記抽気弁の弁開度を閉状態から規定開度の開状態に制御し、前記燃料制御部は取得された前記火炎温度が上限値および下限値で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁を制御するように実現させるプログラムである。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、負荷遮断時のガスタービンの運転を火炎による機器の損傷を防止しつつ適切に行うことが可能な燃焼制御装置が提供される。

本発明の一実施形態に係るガスタービンプラントの系統図である。 本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置の機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る負荷遮断時での燃焼器の第１筒部への空気供給流量の推移を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る負荷遮断時での抽気弁の弁開度の推移を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る負荷遮断時でのパイロット燃料系統からの燃料供給流量の推移を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る負荷遮断時での火炎温度の推移を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る抽気弁制御部の機能を示すブロック図であり、ガスタービンの負荷に基づいて抽気弁を制御する。 本発明の一実施形態に係る抽気弁制御部の機能を示すブロック図であり、火炎温度に基づいて抽気弁を制御する。 本発明の一実施形態に係る抽気弁制御部の機能を示すブロック図であり、負荷遮断時のメインノズルの使用本数に基づいて抽気弁を制御する。 本発明の一実施形態に係る燃料制御部の機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るガスタービンの燃焼制御方法を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービンプラント６の系統図である。図１に示すように、本実施形態のガスタービンプラント６は、ガスタービン７と、ガスタービン７によって駆動されて発電を行う発電機６１とを備えている。ガスタービン７と発電機６１とはロータ７５で連結されており、ガスタービン７によってロータ７５を介して発電機６１が駆動されることで、発電が行われる。なお、図１に示す実施形態では、発電機６１は、タービン７４（後述）側においてロータ７５（後述）に連結されているが、他の幾つかの実施形態では、圧縮機７１（後述）側においてロータ７５（後述）に連結されても良い。
（ガスタービンの説明）

ガスタービン７について説明すると、図１に示すように、ガスタービン７は、空気入口系統６２から内部へ流入した空気Ａを圧縮して圧縮空気Ａｃを生成する圧縮機７１と、圧縮機７１によって圧縮された空気（圧縮空気Ａｃ）が流入する車室７２と、少なくとも１本の燃料系統８（図１では複数）と、この燃料系統８から供給された燃料Ｆ（燃料ガス。以下同様）と上記の車室７２から流入した圧縮空気Ａｃを混合して燃料Ｆを燃焼させ、高温の燃焼ガスＥを生成する燃焼器７３と、この燃焼ガスＥによりロータ７５を回転し発電機６１を駆動するタービン７４と、上記の車室７２から圧縮空気Ａｃを抽気する抽気配管９ｐと、抽気配管９ｐに設けられた車室７２から抽気する圧縮空気Ａｃの抽気量を調節する抽気弁９と、後述するガスタービンの燃焼制御装置１とを備えている。

図１に示す実施形態では、ガスタービン７は、空気入口系統６２から流入する空気Ａの流量を調整するＩＧＶ７１ａ（ＩｎｌｅｔＧｕｉｄｅＶａｎｅ：入口案内翼）を備えており、圧縮機７１には入口案内翼７１ａを通過した空気が流入するようになっている。
また、ガスタービン７は複数の燃料系統８を備えている。すなわち、拡散燃焼を行って火炎の安定化を図る拡散パイロット系統８Ａと、予混合燃焼を行って燃焼器７３の低ＮＯｘ化を向上する予混パイロット系統８Ｂと、ガスタービン７の出力に応じた予混合燃料（予混合ガス）を供給する主力の燃料系統８であるメインＡ系統８ＣおよびメインＢ系統８Ｄと、燃焼効率の向上や火炎の安定化を図るため、燃焼器７３の上流（車室７２側）から燃料Ｆを噴射するトップハット系統８Ｅの、合計で５本の燃料系統８を備えている。

より具体的には、拡散パイロット系統８Ａには、燃料タンク８６からの燃料流量を調整する燃料調整弁８３Ａ、拡散パイロット用マニホールド８２Ａに接続された燃料ノズル８１Ａが含まれている。予混パイロット系統８Ｂには、燃料タンク８６からの燃料流量を調整する燃料調整弁８３Ｂ、予混パイロット用マニホールド８２Ｂに接続された燃料ノズル８１Ｂが含まれている。メインＡ系統８Ｃには、燃料タンク８６からの燃料流量を調整する燃料調整弁８３Ｃ、メインＡ用マニホールド８２Ｃに接続された燃料ノズル８１Ｃ（メインノズル）が含まれている。メインＢ系統８Ｄには、燃料タンク８６からの燃料流量を調整する燃料調整弁８３Ｄ、メインＢ用マニホールド８２Ｄに接続された燃料ノズル８１Ｄ（メインノズル）が含まれている。トップハット系統８Ｅには、燃料タンク８６からの燃料流量を調整する燃料調整弁８３Ｅ、トップハット用マニホールド８２Ｅに接続された燃料ノズル８１Ｅが含まれている。

また、各燃料系統８は燃料タンク８６にそれぞれ接続されている。この燃料タンク８６には、燃料タンク８６へ燃料の供給圧を与える圧力系統８７が接続されており、圧力系統８７から燃料タンク８６に供給される燃料供給圧を制御する２つの燃料圧調整弁８８（８８ａ、８８ｂ）を介して、圧力系統８７から燃料タンク８６に燃料供給圧が印加される。このようにして、燃料タンク８６の燃料が各燃料系統８を介して燃焼器７３へそれぞれ供給可能にされている。

この燃焼器７３は、燃料と圧縮空気Ａｃとを燃焼して燃焼ガスＥを生成する第１筒部７３ａ（例えば内筒）と、第１筒部７３ａの下流側に位置し、第１筒部７３ａとタービン７４とを接続する第２筒部７３ｂ（例えば尾筒）とを有している。そして、上記の燃料ノズル８１（８１Ａ〜８１Ｅ）は、燃焼器７３の第１筒部７３ａに燃料を噴射する。他方、トップハット系統８Ｅの燃料ノズル８１Ｅは、燃焼器７３のより上流で燃料を噴射する。

なお、拡散パイロット系統８Ａおよび予混パイロット系統８Ｂは、予混パイロット系統８Ｂのみが用いられるなど、少なくとも一方が使用されることが多い。また、以下の説明において、メイン燃料系統８ｍと呼ぶ場合には、メインＡ系統８ＣおよびメインＢ系統８Ｄなど、燃焼器７３への燃料供給に使用している全てのメイン系統を含み、パイロット燃料系統８ｐと呼ぶ場合には、拡散パイロット系統８Ａおよび予混パイロット系統８Ｂの少なくとも一方など、燃焼器７３への燃料供給に使用している全ての使用している全てのパイロット系統を含むものとする。

また、図１に示す実施形態では、上記の抽気配管９ｐの下流端は、タービン７４からの燃焼ガスＥを排気する排気系統６３に接続されており、車室７２から抽気された圧縮空気Ａｃは排気系統６３に流入するようになっている。この抽気配管９ｐを流れる圧縮空気Ａｃの流量は抽気弁９によって調整される。この抽気弁９は、ガスタービン７の負荷運転時には全閉状態となっているが、負荷遮断時には開状態にされる。

ただし、本実施形態に本発明は限定されない。抽気配管９ｐは、車室７２内の一部の圧縮空気Ａｃが燃焼器７３における燃焼用空気Ａｓとして用いられないように、車室７２から圧縮空気Ａｃの一部を抽気可能に設けられていれば良い。このため、他の幾つかの実施形態では、抽気配管９ｐの一端が車室７２に接続され、他端（下流端）が例えば燃焼器７３の第２筒部７３ｂに接続されることで、車室７２から抽気された圧縮空気Ａｃを第２筒部７３ｂに流すようにしても良い。このように、抽気配管９ｐの下流端が、燃焼器７３の第１筒部７３ａよりも下流側に接続されることで、本来的（抽気弁９が全閉時）には車室７２から第１筒部７３ａに流入される圧縮空気Ａｃの一部を、第１筒部７３ａをバイパスさせて流すことが可能となり、抽気した圧縮空気Ａｃが燃焼器７３における燃焼用空気Ａｓとして用いられないようにすることが可能となる。なお、冷却配管６４は、圧縮機７１を冷却する冷却空気を抽気する配管である。

また、ガスタービン７の燃焼制御装置１（以下、単に、燃焼制御装置１）は、上述したようなガスタービン７の燃焼を制御する装置であり、ガスタービン７の負荷遮断時以外の通常の運転時（通常運転時）には、ガスタービン７の出力や運転状態に応じて、燃焼器７３に供給する燃料流量Ｇｆ（燃料供給流量）と、同じく燃焼器７３に供給する燃焼用空気Ａｓ（圧縮空気Ａｃ。以下同様）の流量（空気供給流量Ｇａ）と、を制御する。他方、ガスタービン７から負荷を切り離す負荷遮断が実施される負荷遮断時には、燃焼制御装置１は、ガスタービン７の回転数が、例えばＯＳＴ規定値の１１０％以下に定められるなどする回転数閾値以下で、かつ、失火や火炎による損傷が生じないように、燃料ノズル８１（８１Ａ〜８１Ｅ）から噴射される燃料Ｆの燃焼による生じる第１筒部７３ａ内の火炎の温度（以下、火炎温度Ｔｆ）を確認しながら、燃料調整弁８３および抽気弁９の制御を実行する。
（ガスタービン７の燃焼制御装置１の説明）

以下、ガスタービン７の燃焼制御装置１が負荷遮断時に行う燃焼制御について、図２〜図３Ｄを用いて詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置１の機能を示すブロック図である。図３Ａは、本発明の一実施形態に係る負荷遮断時での燃焼器７３の第１筒部７３ａへの空気供給流量Ｇａの推移を示すグラフである。図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る負荷遮断時での抽気弁９の弁開度Ｖの推移を示すグラフである。図３Ｃは、本発明の一実施形態に係る負荷遮断時でのパイロット燃料系統８ｐからの燃料供給流量の推移を示すグラフである。図３Ｄは、本発明の一実施形態に係る負荷遮断時での火炎温度Ｔｆの推移を示すグラフである。

燃焼制御装置１は、上述したような車室７２内に流入した圧縮機７１による圧縮空気Ａｃを燃焼器７３に供給するガスタービン７の燃焼制御を実行する装置である。図２に示すように、燃焼制御装置１は、燃料制御部３と、抽気弁制御部２と、温度取得部４と、を備える。上記の機能部について、ガスタービン７が、上述したメインＡ系統８ＣおよびメインＢ系統８Ｄを含むメイン燃料系統８ｍと、予混パイロット系統８Ｂであるパイロット燃料系統８ｐとで燃焼制御を実行しているところから負荷遮断を実行する場合を例に、それぞれ説明する。

なお、燃焼制御装置１は、コンピュータで構成されていても良い。コンピュータは、図示しないＣＰＵなどのプロセッサ１１や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ（記憶装置１２）などを備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラム（燃焼制御プログラム１０）の命令に従ってプロセッサ１１が動作（データの演算など）することで、上記の各機能部を実現する。換言すれば、上記の燃焼制御プログラム１０は、コンピュータに上記の各機能部を実現させるためのソフトウェアであり、一時的な信号ではなく、コンピュータによる読み込みが可能で持ち運び可能な上記のような記憶媒体に記憶されても良い。

抽気弁制御部２は、上述した抽気配管９ｐに設けられた抽気弁９の弁開度Ｖを制御するよう構成された機能部である。抽気弁制御部２は、負荷遮断時以外となる通常運転時には抽気弁９を閉状態にし、車室７２の圧縮空気Ａｃが抽気配管９ｐを通って抽気されないようにする。

燃料制御部３は、上述した燃料調整弁８３を制御するよう構成された機能部である。燃料調整弁８３（燃料調整弁８３の弁開度）が制御されることにより、燃焼器７３の内部（第１筒部７３ａの内部）に供給される燃料流量（燃料量）が制御される。負荷遮断時には、燃料制御部３は、メイン燃料系統８ｍの燃料調整弁８３（図１では８３Ｃおよび８３Ｄ）、およびパイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁８３（図１では８３Ａまたは８３Ｂの少なくとも一方）を、後述するように制御する。

温度取得部４は、燃焼器７３内での燃料Ｆの燃焼で生じる火炎の火炎温度Ｔｆを取得するよう構成された機能部である。幾つかの実施形態では、温度取得部４は、ガスタービン７の運転状態を示す各種の指標に基づいて火炎温度Ｔｆを推定しても良い。他の幾つかの実施形態では、温度取得部４は、火炎温度Ｔｆを直接あるいは間接的に測定可能な温度計測手段（例えば温度センサなど）により測定された測定値を取得しても良い。詳細は後述するが、図１〜図３Ｄに示す実施形態では、温度取得部４は、火炎温度Ｔｆの推定値を算出することで、火炎温度Ｔｆを取得する。

そして、上述した構成を備える燃焼制御装置１において、ガスタービン７から負荷を切り離す負荷遮断信号Ｓが受信されると、燃料制御部３は、負荷遮断時には、燃焼器７３への燃料Ｆの全供給量（総量）を減らす中で、メイン燃料系統８ｍから燃料Ｆの供給量を低下させつつ、パイロット燃料系統８ｐからの燃料Ｆの供給流量（以下、パイロット燃料流量Ｆｐ）を増やす。つまり、燃料タンク８６へ供給する燃料圧調整弁８８の弁開度を小さくしつつ、メイン燃料系統８ｍの燃料調整弁８３（８３Ｃ、８４Ｄ）の弁開度を小さくし、パイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁８３（本実施形態では予混パイロット系統８Ｂの燃料調整弁８３Ｂ）の弁開度を大きくする。

その上で、燃料制御部３および抽気弁制御部２は、次のように各々の制御対象の弁を制御する。すなわち、抽気弁制御部２は、負荷遮断信号Ｓが受信される前には閉状態であった抽気弁９の弁開度Ｖを、閉状態から規定開度Ｖｃの開状態に制御する（後述する図３Ｂ参照）。この規定開度Ｖｃは、後述するように全開であっても良いし、全開よりも弁開度が小さく、かつ、完全に閉じた状態である全閉よりも弁開度が大きい中間開度であっても良い。また、負荷遮断時の制御における抽気弁９を規定開度Ｖｃに設定後には、抽気弁９の弁開度Ｖを規定開度Ｖｃから変更しないようにしても良いし、変更しても良い。

ここで、火炎温度Ｔｆは燃空比が高いほど高くなり、失火の可能性が減少する。よって、負荷遮断時において抽気弁９を閉状態から開状態にすると、車室７２から燃焼器７３の第１筒部７３ａをバイパスするように一部の圧縮空気Ａｃが流れることになる。このため、車室７２から燃焼器７３に供給される燃焼用空気Ａｓの量は相対的に減少し（後述する図３Ａ参照）、第１筒部７３ａ内の燃空比が上昇するので、火炎温度Ｔｆが上昇する（後述する図３Ｄ参照）。つまり、負荷遮断時に抽気弁９を開状態にすることで、燃料流量を増やさなくても火炎温度Ｔｆを上昇させることが可能である。しかしながら、これによる燃空比の上昇により火炎温度Ｔｆが高温になり過ぎると、燃焼器７３の第１筒部７３ａなど、ガスタービン７が火炎により損傷するおそれが生じる。

そこで、上記の燃料制御部３は、上述した温度取得部４によって取得された火炎温度Ｔｆが上限値Ｌｕおよび下限値Ｌｌで定められる所定の温度範囲に収まるように燃料調整弁８３を制御する（後述する図３Ｃ参照）。この上限値Ｌｕは、ガスタービン７の火炎による損傷を防止可能な温度に設定され、上記の下限値Ｌｌは、燃焼器７３における火炎が消失する（失火）を防止可能な温度に設定される。これによって、負荷遮断時の失火、および過度に高い火炎温度Ｔｆを有する火炎によるガスタービン７の損傷の防止を図る。

図１〜図３Ｄに示す実施形態では、上述した燃焼制御装置１は、ガスタービン７の運転中に負荷遮断信号Ｓを受信するよう構成された負荷遮断信号受信部５０を、さらに備えている。そして、負荷遮断信号受信部５０が負荷遮断信号Ｓを受信するのを契機に、ＩＧＶ７１ａを閉側に制御していくことで、圧縮機７１に流入する空気Ａの流量を減らし、車室７２に流入する全体的な圧縮空気Ａｃの流量を減少させていく。具体的には、図３Ａ〜図３Ｄに示す実施形態では、負荷遮断信号Ｓを受信すると、燃焼制御装置１は、時刻ｔ０から負荷遮断時の制御を開始しており、図３Ａに示すように一定の割合で全体的な圧縮空気Ａｃの流量を減少させている。

このため、図３Ａの破線で示すように、燃焼器７３の第１筒部７３ａの内部に流入する燃焼用空気Ａｓの流量は減少するが、同時に、図３Ｂに示すように、抽気弁制御部２が抽気弁９の弁開度Ｖを上記の規定開度Ｖｃに向けて時間の経過と共に大きくしていく（図３Ｂでは一定の割合で弁開度を増大）。よって、燃焼器７３の第１筒部７３ａに流入する燃焼用空気Ａｓの流量は、全体的な圧縮空気Ａｃの流量の減少および抽気弁９が開状態にされることによる減少により、図３Ａの実線で示すように、破線の場合よりも急激に減少する。なお、図３Ａでは、時刻ｔ１で抽気弁９の弁開度Ｖが規定開度Ｖｃに到達した後も圧縮機７１への空気Ａの流入が減少させられているので、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間における実線で示す空気流量の減少割合（グラフの傾き）が、破線のものと同じとなっている。

他方、燃焼器７３の第１筒部７３ａの内部へ供給される燃料量については、ガスタービン７の回転数は供給される燃料量（燃料流量）が多いほど高くなる。よって、負荷遮断信号受信部５０が負荷遮断信号Ｓを受信するのを契機に、燃料制御部３は、上述したようにメイン燃料系統８ｍから第１筒部７３ａへの燃料流量を時間の経過と共に減らしつつ、パイロット燃料流量Ｆｐを、失火を防止するために図３Ｃに示すように時間の経過と共に増やす（図３Ｃでは一定の割合で増大）。この結果、図３Ｄの実線で示すように、パイロット燃料系統８ｐでは、燃料流量の増加、および抽気弁９の開制御による燃焼用空気Ａｓの減少によって、図３Ｄの実線で示すように、火炎温度Ｔｆが時間の経過と共に上昇していく。

より詳細には、図３Ｄでは、時刻ｔ１までは、上記の２つの要因により火炎温度Ｔｆが上昇する。時刻ｔ１には抽気弁９の弁開度Ｖが規定開度Ｖｃになるので（図３Ｂ参照）、その後の時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は上記のパイロット燃料流量Ｆｐの増大のみの寄与によって火炎温度Ｔｆが上昇する。このため、時刻ｔ１以降の火炎温度Ｔｆの増加割合（グラフの傾き）は緩やかになっている。

このような燃焼制御によって、火炎温度Ｔｆが下限値Ｌｌよりも高くなり、失火が回避される。また、燃料制御部３が、火炎温度Ｔｆが上限値Ｌｕを超えないように火炎温度Ｔｆを監視しながら燃料供給流量をフィードバック制御しているので、火炎温度Ｔｆは、上限値Ｌｕ以下になっている。なお、図３Ｄの破線は、抽気弁９を閉状態のままにしている場合を示しており、抽気弁９を開状態にした場合に比べて燃空比が低く、火炎温度Ｔｆが下限値Ｌｌを下回ってしまった場合を示している。

図１〜図３Ｄに示す実施形態では、図２に示すように、燃料制御部３は、温度取得部４から入力された火炎温度Ｔｆが上記の上限値Ｌｕと上記の下限値Ｌｌとの間のいずれかの値を有する設定温度（Ｌｌ≦設定温度≦Ｌｕ）になるように、燃焼器７３に供給する燃料流量Ｇｆを決定する燃料流量決定部３１と、この燃料流量決定部３１により決定された燃料流量Ｇｆが供給されるように、燃料調整弁８３を制御する燃料弁開度決定部３２とを有している。そして、抽気弁９の弁開度Ｖがフィードバックされて温度取得部４に入力されており、この抽気弁９の弁開度Ｖなどに応じて変化する火炎温度Ｔｆを確認しながら、燃料調整弁８３（メイン燃料系統８ｍおよびパイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁８３）が制御されるようになっている。

なお、図１〜図３Ｄに示す実施形態では、図２に示すように、燃焼制御装置１は、上記の抽気弁９の規定開度Ｖｃを決定する規定開度決定部５を備えており、決定された規定開度Ｖｃは、記憶装置１２に記憶される。そして、抽気弁制御部２は記憶装置１２から規定開度Ｖｃを取得する。規定開度決定部５は、オペレータから入力された値を記憶装置１２に記憶しても良い、後述するように所定のロジックに従って決定した上で記憶装置１２に記憶しても良い。また、この記憶装置１２には、上記の火炎温度Ｔｆの上限値Ｌｕおよび下限値Ｌｌも記憶されており、上記の燃料制御部３は、記憶装置１２からこれらの情報を取得する。

上記の構成によれば、ガスタービン７は、圧縮機７１よる圧縮空気Ａｃを車室７２から抽気することで、燃焼器７３への燃焼用空気Ａｓの供給量を減らすことが可能な抽気配管および抽気弁９を備えている。このようなガスタービン７の負荷遮断時において、ガスタービン７の回転数の過度な上昇および燃焼器７３での失火を防止する際に、さらに、燃焼器７３内の火炎温度Ｔｆが上限値Ｌｕおよび下限値Ｌｌで定められる所定の温度範囲に収まるように、燃料調整弁および抽気弁９の各々の弁開度を制御して、燃焼器７３に供給する燃料流量および燃焼用空気Ａｓ量を制御する。これによって、ガスタービン７の回転数の過度な上昇および失火を防止しつつ、火炎温度Ｔｆの過度な上昇による機器の損傷を防止することができる。

次に、火炎温度Ｔｆを推定する実施形態について、説明する。
幾つかの実施形態では、図２に示すように、温度取得部４は、抽気弁９の弁開度Ｖに基づいて、第１筒部７３ａの内部に供給される燃焼用空気Ａｓの流量（上述した空気供給流量Ｇａ）を算出するよう構成された空気流量算出部４１と、第１筒部７３ａの内部にそれぞれ供給される燃料の燃料流量Ｇｆおよび空気供給流量Ｇａに基づいて火炎温度Ｔｆの推定値を算出するよう構成された温度算出部４２と、を有しても良い。つまり、抽気弁９の弁開度Ｖを考慮して、火炎温度Ｔｆの推定値を算出する。

この際、空気流量算出部４１は、例えば抽気弁９が全閉状態の時の抽気配管９ｐにおける抽気弁９の上流側および下流側の各々の圧力あるいは圧力差と、抽気弁９の弁開度Ｖと、抽気される圧縮空気Ａｃの量（以下、抽気流量Ｇｅ）との関係を予め理論的にあるいは実験的に求めておき、この関係を規定した関数に基づいて、抽気弁９が任意の弁開度Ｖで開いている時の空気供給流量Ｇａを算出しても良い。すなわち、上記の関数に、上記の上流側および下流側の２つの圧力あるいは圧力差および抽気弁９の弁開度Ｖを代入して関数の演算を行うことで抽気流量Ｇｅが得られる。また、抽気弁９の全閉時に車室７２から第１筒部７３ａに供給される燃焼用空気Ａｓの流量（以下、通常時空気流量Ｇｇ）を例えばＩＧＶ７１ａの弁開度、大気圧、大気温度等に基づいて算出する。この通常時空気流量Ｇｇは、差圧式流量計測手法を使用して算出しても良い。そして、この通常時空気流量Ｇｇの算出結果から抽気流量Ｇｅを差し引くことで、抽気弁９が任意の弁開度Ｖで開状態となっている際の空気供給流量Ｇａを算出しても良い（Ｇａ＝Ｇｇ−Ｇｅ）。

他方、温度算出部４２は、火炎温度Ｔｆの推定値を算出するにあたって、第１筒部７３ａの内部に供給される燃料Ｆの燃料流量Ｇｆおよび空気供給流量Ｇａに加えて、不図示の温度センサによる測定などにより得られる車室７２内の圧縮空気Ａｃの温度（車室空気温度Ｔ_ｃｓ）をさらに考慮しても良い。さらに、燃料の低位発熱量Ｈｆを考慮しても良い。すなわち、火炎温度Ｔｆを推定する推定関数をｆとすると、火炎温度Ｔｆは、Ｔｆ＝ｆ（Ｇｆ、Ｇａ）、Ｔｆ＝（Ｇｆ、Ｇａ、Ｔ_ｃｓ）、Ｔｆ＝（Ｇｆ、Ｇａ、Ｔ_ｃｓ、Ｈｆ）のいずれかで算出されても良く、考慮する要素を増やすほど、推定精度の向上が図れる。

図２に示す実施形態では、第１筒部７３ａの内部に供給され燃料流量Ｇｆおよび空気供給流量Ｇａと、車室空気温度Ｔ_ｃｓと、低位発熱量Ｈｆとに基づいて火炎温度Ｔｆの推定値を算出する。より具体的には、空気流量算出部４１には、通常時空気流量Ｇｇと、抽気弁９の弁開度Ｖが入力されて、空気供給流量Ｇａが出力される。また、温度算出部４２には、燃料制御部３で算出された燃料流量Ｇｆと、空気供給流量Ｇａと、車室７２内の車室空気温度Ｔ_ｃｓと、燃料の低位発熱量Ｈｆとが入力され、これに基づいて算出された火炎温度Ｔｆの推定値が出力されるようになっている。このように、空気供給流量Ｇａを抽気弁９の弁開度Ｖを考慮して算出することで、空気供給流量Ｇａをより精度良く求めることができ、火炎温度Ｔｆを実測することなく精度良く推定することが可能となる。

なお、燃料タンク８６やその上流側にカロリー計（不図示）を設置して、リアルタイムに上記の低位発熱量Ｈｆを測定しても良く、図２に示す実施形態では、このカロリー計による低位発熱量Ｈｆの測定結果が温度算出部４２に入力されるようになっている。

上記の構成によれば、温度取得部は、燃焼器７３の第１筒部７３ａの内部（燃焼空間）に供給される燃焼用空気Ａｓ（圧縮空気Ａｃ）の流量を抽気弁９の弁開度Ｖを考慮して算出すると共に、この算出した燃焼用空気Ａｓの流量と燃料流量とに基づいて、火炎温度Ｔｆを推定する。このように抽気弁の弁開度を考慮することで、燃焼用空気Ａｓの流量をより精度良く求めることができ、火炎温度Ｔｆを実測することなく精度良く推定することができる。

次に、負荷遮断時に抽気弁制御部２により抽気弁９に設定される上記の規定開度Ｖｃの決定手法について、図４Ａ〜図５を用いて説明する。図４Ａは、本発明の一実施形態に係る抽気弁制御部２の機能を示すブロック図であり、ガスタービン７の負荷に基づいて抽気弁９を制御する。図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る抽気弁制御部２の機能を示すブロック図であり、火炎温度Ｔｆに基づいて抽気弁９を制御する。図５は、本発明の一実施形態に係る抽気弁制御部２の機能を示すブロック図であり、負荷遮断時のメインノズルの使用本数に基づいて抽気弁９を制御する。

幾つかの実施形態では、上述した規定開度Ｖｃは全開であっても良い。ここで、弁は、ある弁開度以上開けても流量の変化が極めて小さく、ほぼ変化しない領域ある。よって、上記の全開とは、１００％開けた場合のみならず、１００％よりも小さい弁開度であって、１００％開けたのと同様の結果が得られる弁開度が含まれても良い。これによって、抽気弁９による燃空比の増大を最大化することができる。よって、失火の防止のために供給する燃料量の最小化を図ることができ、燃費の向上を図ることができる。

ここで、火炎温度Ｔｆは、ガスタービン７の負荷（出力。以下同様）に相関があり、通常は、ガスタービン７の負荷が低い場合には火炎温度Ｔｆも低く、逆に、負荷が高い場合には火炎温度Ｔｆも高くなる。例えば上記の負荷が低い場合には、もともと火炎温度Ｔｆが低いので、抽気弁９を全開などにして燃焼器７３への燃焼用空気Ａｓの供給量を減少させても、火炎温度Ｔｆの上限値Ｌｕを超えないように制御し易いが、上記の負荷が高い場合には、もともと火炎温度Ｔｆが高いことから抽気弁９を全開などにすると、火炎温度Ｔｆの上昇が過度になり易く、燃料調整弁８３の制御によって火炎温度Ｔｆを所定範囲に収めるのが難しい場合があることが予想される。

このため、幾つかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｂに示すように、上述した抽気弁９の規定開度Ｖｃは、負荷遮断信号Ｓの受信直前などの受信の際のガスタービン７の負荷指標値Ｌｄ（負荷値や出力値など）または上記の火炎温度Ｔｆに基づいて決定されても良い。この結果、上記の規定開度Ｖｃは、全開や中間開度などに決定される。例えば負荷遮断信号Ｓの受信の前から負荷指標値Ｌｄあるいは火炎温度Ｔｆを監視しておき、負荷遮断信号Ｓを受信すると、その受信の直前の負荷指標値Ｌｄまたは火炎温度Ｔｆに基づいて規定開度Ｖｃを決定しても良い。

図４Ａ〜図４Ｂに示す実施形態では、上述した規定開度決定部５は、負荷遮断信号Ｓの受信の際のガスタービン７の負荷指標値Ｌｄ（図４Ａ）または火炎温度にＴｆ（図４Ｂ）基づいて、抽気弁９の上記の規定開度Ｖｃを決定する第１決定部５１をさらに備えている。図４Ａに示す実施形態では、燃焼制御装置１は、負荷遮断信号Ｓが受信される際のガスタービン７の負荷指標値Ｌｄを取得するよう構成された負荷指標値取得部５２を、さらに備えている。そして、上記の第１決定部５１は、この負荷指標値取得部５２によって取得された負荷指標値Ｌｄに基づいて、抽気弁９の上記の規定開度Ｖｃを決定する。他方、図４Ｂに示す実施形態では、上記の第１決定部５１は、上述した温度取得部４から火炎温度Ｔｆを取得し、取得された火炎温度Ｔｆに基づいて、抽気弁９の上記の規定開度Ｖｃを決定する。例えば、規定開度決定部５は、任意の負荷指標値Ｌｄまたは任意の火炎温度Ｔｆと、それに応じた弁開度との対応関係を予め定めた関数などを用いて、取得された負荷指標値Ｌｄまたは火炎温度Ｔｆに応じた弁開度を取得し、取得した弁開度を規定開度Ｖｃとしても良い。

上記の構成によれば、抽気弁９の規定開度Ｖｃを、負荷遮断時のガスタービン７の負荷指標値Ｌｄまたは火炎温度Ｔｆに基づいて決定する。これによって、抽気弁９を規定開度Ｖｃに設定した後において、燃料調整弁８３の制御による火炎温度Ｔｆの上限値Ｌｕ超過をより確実に防止することができる。また、火炎温度Ｔｆを推定する場合には、予め火炎温度Ｔｆが高めに推移する場合などの予測が可能となり、そのような場合に抽気弁９を中間開度にするなどが可能となる。

また、負荷遮断時には、燃焼振動の発生状況など機器の特性に応じて、メイン燃料系統８ｍの燃料ノズル８１（以下、メインノズル）の使用本数を変える可能性がある（例えば：８本から３本に変更）。メインノズルの使用本数を変えると、メイン燃料系統８ｍで使用するメインノズルの１本あたりの燃料流量が変わるため、火炎温度Ｔｆも変化し得る。例えば、図１に示すように、メインＡ系統８Ｃには５本のメインノズルが接続されており、メインＢ系統８Ｄには３本のメインノズルが接続されている。このような場合に、負荷遮断信号Ｓの受信前には、メインＡ系統８ＣおよびメインＢ系統８Ｄからの燃料供給により合計で８本のメインノズルを使用して運転していたところから、負荷遮断信号Ｓの受信後に例えばメインＡ系統８Ｃからの燃料供給を停止して、メインＢ系統８Ｄのみから燃料供給を行うことで、メインノズルの使用本数が合計で３本になるなど、使用本数が変わり得る。

このため、幾つかの実施形態では、図５に示すように、抽気弁制御部２は、負荷遮断信号Ｓの受信後に使用するメインノズルの使用本数を取得し、取得した使用本数に基づいて抽気弁９の上記の規定開度Ｖｃを決定しても良い。例えば、使用本数が８本の場合には、抽気弁９を例えば全開などの高開度とする場合において、使用本数を５本あるいは３本というように少なくして、使用するメインノズルの各々により燃料を集中させる場合には、メインノズルの１本当たりの燃料が増大する。よって、抽気弁９の規定開度Ｖｃを、使用本数がより多い場合よりも小さくして１本当たりの燃空比をより小さくすることで、火炎温度Ｔｆをより低くするように図ることで、上限値Ｌｕを超えることがないようにしても良い。

図５に示す実施形態では、上述した規定開度決定部５は、負荷遮断信号Ｓの受信後に使用する、メイン燃料系統８ｍの燃料ノズル８１の使用本数を取得するよう構成されたノズル数取得部５３と、このノズル数取得部５３によって取得された上記の使用本数に基づいて、抽気弁９の上記の規定開度Ｖｃを決定するよう構成された第２決定部５４と、を有している。

上記の構成によれば、メイン燃料系統８ｍから複数の燃料ノズル８１（メインノズル）を用いて燃焼器７３に燃料Ｆを供給する場合に、負荷遮断時に使用するメインノズルの本数に基づいて、抽気弁９の規定開度Ｖｃを決定する。例えば、メインノズルの使用本数が８本であれば抽気弁９の規定開度Ｖｃを全開などの相対的に高開度とする場合に、メインノズルを３本、５本というように少なくして燃料Ｆを集中させる場合には、メインノズルの１本当たりの燃料Ｆが増大するため、抽気弁９の規定開度Ｖｃをより小さくする。これによって、火炎温度Ｔｆが上限値Ｌｕを超えるのをより確実に防止することができる。

次に、燃料制御部３に関する実施形態について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る燃料制御部３の機能を示すブロック図である。

既に、抽気弁９の規定開度Ｖｃを負荷指標値Ｌｄ等に基づいて決定する実施形態について説明したが、幾つかの実施形態では、図６に示すように、パイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁の弁開度についても負荷指標値Ｌｄに基づいて決定しても良い。既に述べたように、一般に、燃焼器７３には、パイロット燃料系統８ｐおよびメイン燃料系統８ｍが接続されている。そして、負荷遮断時における燃焼器７３への燃料Ｆの供給は、燃料Ｆの供給量を全体的には減らす中で、メイン燃料系統からの供給を低下させて、パイロット燃料系統８ｐから供給を増やすように制御される。そこで、燃料制御部３は、パイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁（８１Ａまたは８１Ｂ）について、負荷指標値Ｌｄに基づく制御を実行する。

図６に示す実施形態では、燃焼制御装置１は、上述した負荷指標値取得部５２を備えている。そして、燃料制御部３は、上述した負荷遮断信号受信部５０によって負荷遮断信号Ｓが受信されると、ガスタービン７の運転状態に応じてパイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁８３の基準開度Ｖｂを決定するよう構成された基準開度決定部３１ａと、ガスタービン７の負荷指標値Ｌｄが定格負荷などの定格時の負荷指標値Ｌｄ（定格負荷指標値）よりも低い低負荷時には、基準開度Ｖｂに付加開度Ｖｐだけ加算するよう構成された開度補正部３１ｂと、を有する。つまり、低負荷時において基準開度Ｖｂに付加開度Ｖｐを加算することにより、燃料流量を低負荷時よりも増加させて、燃空比を増加させることで、失火がより生じないように図っている。

上記の構成によれば、負荷遮断時においてガスタービン７の運転状態が低負荷である場合には、パイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁の弁開度を、定格負荷や高負荷時よりもより大きくし、供給する燃料流量をより多くする。負荷遮断時においてガスタービン７の運転状態が低負荷である場合には、上記の燃料調整弁８３の弁開度は低開度の状態であるため、燃空比が比較的低く、火炎温度Ｔｆが低い。よって、負荷遮断を低負荷状態で行う場合には、パイロット燃料系統８ｐの燃料調整弁８３の燃料流量をより大きくすることで、火炎温度Ｔｆの上昇の応答性を向上させることができ、火炎温度Ｔｆが下限値Ｌｌを下回ることがないようにできるなど、失火のより確実な防止を図ることができる。

以下、上述した燃焼制御装置１が行う処理に対応する燃焼制御方法について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係るガスタービン７の燃焼制御方法を示す図である。

図７に示すように、ガスタービン７の燃焼制御方法（以下、単に、燃焼制御方法）は、上述した抽気弁９の弁開度Ｖを制御する抽気弁制御ステップと、上述した燃料調整弁８３を制御する燃料制御ステップと、上述した火炎の火炎温度Ｔｆを取得する温度取得ステップと、を備える。これらの抽気弁制御ステップ（Ｓ１）、燃料制御ステップ（Ｓ２）、および温度取得ステップ（Ｓ３）は、それぞれ、既に説明した抽気弁制御部２、燃料制御部３、および温度取得部４が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。

図７に示す実施形態では、ステップＳ０において、負荷遮断信号Ｓを受信する。その後、ステップＳ１において、抽気弁制御ステップを実行し、抽気弁９の弁開度Ｖを閉状態から規定開度Ｖｃの開状態に制御する。ステップＳ２において、温度取得ステップを実行し、火炎温度Ｔｆの推定値を算出する。ステップＳ３において、燃料制御ステップを実行し、上述した火炎温度Ｔｆが上限値Ｌｕおよび下限値Ｌｌで定められる所定の温度範囲に収まるように燃料調整弁８３をフィードバック制御により制御する。

例えば、ステップＳ２とステップＳ３との順序は逆であっても良い。すなわち、例えば、ガスタービン７の回転数が回転数閾値となる燃料流量以下の燃料流量をまずは決定し、その燃料流量を燃焼器７３に供給した後に、火炎温度Ｔｆを取得して、燃料流量を制御しても良い。あるいは、先に、抽気弁９の弁開度Ｖを規定開度Ｖｃにした場合の火炎温度Ｔｆを推定した後に、この火炎温度Ｔｆに基づいて燃料流量を制御しても良い。

また、幾つかの実施形態では、燃焼制御方法は、上記の規定開度Ｖｃを決定する規定開度決定ステップをさらに備えても良い。規定開度決定ステップは、既に説明した規定開度決定部５が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図７に示すように、規定開度決定ステップは、図７のステップＳ０とステップＳ１との間のステップＳ０１において実行しても良い。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。例えば、上述した規定開度Ｖｃを、負荷指標値Ｌｄまたは火炎温度Ｔｆとメインノズルの使用本数とに基づいて決定しても良い。
（付記）

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（７）の燃焼制御装置（１）は、
車室（７２）内に流入した圧縮機（７１）による圧縮空気（Ａｃ）を燃焼器（７３）に供給するガスタービン（７）の燃焼制御装置（１）であって、
前記車室（７２）内に流入した前記圧縮空気（Ａｃ）の一部を、前記燃焼器（７３）における燃焼用空気（Ａｓ）として用いられないように抽気する抽気配管（９ｐ）に設けられた抽気弁（９）を制御するよう構成された抽気弁制御部（２）と、
前記燃焼器（７３）へ供給する燃料（Ｆ）の燃料流量を調整する燃料調整弁（８３）を制御するよう構成された燃料制御部（３）と、
前記燃焼器（７３）内での前記燃料（Ｆ）の燃焼で生じる火炎の火炎温度（Ｔｆ）を取得するよう構成された温度取得部（４）と、を備え、
前記ガスタービン（７）から負荷を切り離す負荷遮断信号（Ｓ）が受信されると、前記抽気弁制御部（２）は前記抽気弁（９）の弁開度を閉状態から規定開度（Ｖｃ）の開状態に制御し、前記燃料制御部（３）は取得された前記火炎温度（Ｔｆ）が上限値（Ｌｕ）および下限値（Ｌｌ）で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁（８３）を制御する。

上記（１）の構成によれば、ガスタービン（７）は、圧縮機（７１）よる圧縮空気（Ａｃ）を車室（７２）から抽気することで、燃焼器（７３）への燃焼用空気（Ａｓ）の供給量を減らすことが可能な抽気配管（９ｐ）および抽気弁（９）を備えている。このようなガスタービン（７）の負荷遮断時において燃焼制御装置（１）は、従来からガスタービン（７）の回転数の過度な上昇（ＯＳＴ規定値の１１０％を超える上昇など）および燃焼器（７３）での失火を防止するように燃焼制御を実行するが、さらに、燃焼器（７３）内の火炎温度（Ｔｆ）が上限値（Ｌｕ）および下限値（Ｌｌ）で定められる所定の温度範囲に収まるように、燃料調整弁（８３）および抽気弁（９）の各々の弁開度を制御して、燃焼器（７３）に供給する燃料流量および燃焼用空気（Ａｓ）の流量を制御する。

ガスタービン（７）の回転数は供給する燃料量（燃料流量）が多いほど高くなり、火炎温度（Ｔｆ）は燃空比が高いほど高くなる。よって、負荷遮断時において抽気弁（９）を閉状態から開状態にすると、車室（７２）から燃焼器（７３）（後述する第１筒部（７３ａ））をバイパスするように一部の圧縮空気（Ａｃ）が流れることになるので、車室（７２）から燃焼器（７３）に供給される燃焼用空気（Ａｓ）の量は減少し、燃空比が上昇する。つまり、負荷遮断時に抽気弁（９）を開状態にすることで、燃料流量を増やさなくても火炎温度（Ｔｆ）を上昇させることが可能である。このように、燃焼器（７３）における火炎温度（Ｔｆ）の上限値（Ｌｕ）を例えばガスタービン（７）の火炎による損傷を防止可能な温度に設定し、下限値（Ｌｌ）を火炎の失火を防止可能な温度に設置し、火炎温度（Ｔｆ）がこの温度範囲内に収まるように供給する燃料流量および空気量（空気流量）を制御することで、ガスタービン（７）の回転数の過度な上昇および失火を防止しつつ、火炎温度（Ｔｆ）の過度な上昇による機器の損傷を防止することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記燃焼器（７３）は、前記燃料と前記圧縮空気（Ａｃ）とを燃焼して燃焼ガスを生成する第１筒部（７３ａ）を有し、
前記温度取得部（４）は、前記抽気弁（９）の弁開度に基づいて、前記第１筒部（７３ａ）の内部に供給される前記燃焼用空気（Ａｓ）の流量を算出するよう構成された空気流量算出部（４１）と、
前記第１筒部（７３ａ）の内部にそれぞれ供給される前記燃料の燃料流量および前記燃焼用空気（Ａｓ）の流量に基づいて前記火炎温度（Ｔｆ）の推定値を算出するよう構成された温度算出部（４２）と、を有する。

上記（２）の構成によれば、温度取得部（４）は、燃焼器（７３）の第１筒部（７３ａ）（例えば内筒）の内部（燃焼空間）に供給される燃焼用空気（Ａｓ）（圧縮空気（Ａｃ））の流量を抽気弁（９）の弁開度を考慮して算出すると共に、この算出した燃焼用空気（Ａｓ）の流量と燃料流量とに基づいて、火炎温度（Ｔｆ）を推定する。このように抽気弁（９）の弁開度を考慮することで、燃焼用空気（Ａｓ）の流量をより精度良く求めることができ、火炎温度（Ｔｆ）を実測することなく精度良く推定することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記規定開度（Ｖｃ）を決定する規定開度決定部（５）を、さらに備え、
前記規定開度決定部（５）は、前記負荷遮断信号（Ｓ）の受信の際の前記ガスタービン（７）の負荷指標値（Ｌｄ）または前記火炎温度（Ｔｆ）に基づいて、前記抽気弁（９）の前記規定開度（Ｖｃ）を決定する第１決定部（５１）を有する。

上記（３）の構成によれば、抽気弁（９）の規定開度（Ｖｃ）を、負荷遮断時のガスタービン（７）の負荷指標値（Ｌｄ）または火炎温度（Ｔｆ）に基づいて決定する。火炎温度（Ｔｆ）は、ガスタービン（７）の負荷に相関があり、通常は、ガスタービン（７）の負荷（出力）が低い場合には火炎温度（Ｔｆ）も低く、逆に、負荷が高い場合には火炎温度（Ｔｆ）も高くなる。例えば上記の負荷が低い場合には、もともと火炎温度（Ｔｆ）が低いので、抽気弁（９）を全開などにして燃焼器（７３）への燃焼用空気（Ａｓ）の供給量を減少させても火炎温度（Ｔｆ）の上限値（Ｌｕ）を超えないように制御し易いが、上記の負荷が高い場合には、もともと火炎温度（Ｔｆ）が高いことから抽気弁（９）を全開などにすると、火炎温度（Ｔｆ）の上昇が過度になり易く、燃料調整弁（８３）の制御によって火炎温度（Ｔｆ）を所定範囲に収めるのが難しい場合があることが予想される。

よって、負荷遮断信号（Ｓ）の受信の際（受信直前など）のガスタービン（７）の負荷指標値（Ｌｄ）または火炎温度（Ｔｆ）に基づいて、抽気弁（９）の弁開度を全開や、全開未満の中間開度に制御することで、抽気弁（９）を規定開度（Ｖｃ）に設定した後において、燃料調整弁（８３）の制御による火炎温度（Ｔｆ）の上限値（Ｌｕ）超過をより確実に防止することができる。また、火炎温度（Ｔｆ）を推定する場合には、予め火炎温度（Ｔｆ）が高めに推移する場合などの予測が可能となり、そのような場合に抽気弁（９）を中間開度にするなどが可能となる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記燃焼器（７３）には、パイロット燃料系統（８ｐ）を含む複数の燃料系統（８）が接続されており、
前記燃料制御部（３）は、
前記負荷遮断信号（Ｓ）が受信されると、前記ガスタービン（７）の運転状態に応じて前記パイロット燃料系統（８ｐ）の前記燃料調整弁（８３）の基準開度（Ｖｂ）を決定するよう構成された基準開度決定部（３１ａ）と、
前記負荷遮断信号（Ｓ）の受信の際の前記ガスタービン（７）の前記負荷指標値（Ｌｄ）が定格負荷指標値よりも低い低負荷時には、前記基準開度（Ｖｂ）に付加開度（Ｖｐ）だけ加算するよう構成された開度補正部（３１ｂ）と、を有する。

一般に、燃焼器（７３）には、火炎の安定化を図るためのパイロット燃料系統（８ｐ）、およびガスタービン（７）の出力に応じて予混合燃料を供給する主力のメイン燃料系統（８ｍ）が接続されている。そして、負荷遮断時における燃焼器（７３）への燃料の供給は、燃料の供給量を全体的には減らす中で、メイン燃料系統（８ｍ）からの供給を低下させて、パイロット燃料系統（８ｐ）から供給を増やすように制御される。

上記（４）の構成によれば、負荷遮断時においてガスタービン（７）の運転状態が低負荷である場合には、パイロット燃料系統（８ｐ）の燃料調整弁（８３）の弁開度を、定格負荷や高負荷時よりもより大きくし、供給する燃料流量をより多くする。負荷遮断時においてガスタービン（７）の運転状態が低負荷である場合には、上記の燃料調整弁（８３）の弁開度は低開度の状態であるため、燃空比が比較的低く、火炎温度（Ｔｆ）が低い。よって、負荷遮断を低負荷状態で行う場合には、パイロット燃料系統（８ｐ）の燃料調整弁（８３）の燃料流量をより大きくすることで、火炎温度（Ｔｆ）の上昇の応答性を向上させることができ、火炎温度（Ｔｆ）が下限値（Ｌｌ）を下回ることがないようにできるなど、失火のより確実な防止を図ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記燃焼器（７３）には、前記燃料と前記燃焼用空気（Ａｓ）との予混合燃料の前記ガスタービン（７）の負荷に応じた流量を、複数の燃料ノズル（８１）を用いて前記燃焼器（７３）に供給するメイン燃料系統（８ｍ）を含む複数の燃料系統（８）が接続されており、
前記規定開度（Ｖｃ）を決定する規定開度決定部（５）を、さらに備え、
前記規定開度決定部（５）は、
前記負荷遮断信号（Ｓ）の受信後に使用する、前記メイン燃料系統（８ｍ）の前記燃料ノズル（８１）の使用本数を取得するよう構成されたノズル数取得部と、
前記使用本数に基づいて、前記抽気弁（９）の前記規定開度（Ｖｃ）を決定するよう構成された第２決定部と、を有する。

負荷遮断時には、燃焼振動の発生状況など機器の特性に応じて、メイン燃料系統（８ｍ）の燃料ノズル（８１）（メインノズル）の使用本数を変える可能性がある（例えば８本から３本に変更）。メインノズルの使用本数を変えると、メイン燃料系統（８ｍ）で使用するメインノズルの１本あたりの燃料流量が変わるため、火炎温度（Ｔｆ）も変化し得る。

上記（５）の構成によれば、メイン燃料系統（８ｍ）から複数の燃料ノズル（８１）（メインノズル）を用いて燃焼器（７３）に燃料を供給する場合に、負荷遮断時に使用するメインノズルの本数に基づいて、抽気弁（９）の規定開度（Ｖｃ）を決定する。例えば、メインノズルの使用本数が８本であれば抽気弁（９）の規定開度（Ｖｃ）を全開などの相対的に高開度とする場合に、メインノズルを３本、５本というように少なくして燃料を集中させる場合には、メインノズルの１本当たりの燃料が増大するため、抽気弁（９）の規定開度（Ｖｃ）をより小さく。これによって、火炎温度（Ｔｆ）が上限値（Ｌｕ）を超えるのをより確実に防止することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記規定開度（Ｖｃ）は全開である。
上記（５）の構成によれば、負荷遮断時には、抽気弁（９）の弁開度を全開にする。これによって、抽気弁（９）による燃空比の増大を最大化することができる。よって、失火の防止のために供給する燃料量の最小化を図ることができ、燃費の向上を図ることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の構成において、
前記上限値（Ｌｕ）は、前記ガスタービン（７）の前記火炎による損傷を防止可能な温度であり、
前記下限値（Ｌｌ）は、前記火炎の失火を防止可能な温度である。
上記（７）の構成によれば、上記のように火炎温度（Ｔｆ）の上限値（Ｌｕ）および下限値（Ｌｌ）を定めることで、負荷遮断時において、ガスタービン（７）の損傷および失火を防止することができる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（７）の燃焼制御方法は、
車室（７２）内に流入した圧縮機（７１）による圧縮空気（Ａｃ）を燃焼器（７３）に供給するガスタービン（７）の燃焼制御方法であって、
前記車室（７２）内に流入した前記圧縮空気（Ａｃ）の一部を、前記燃焼器（７３）における燃焼用空気（Ａｓ）として用いられないように抽気する抽気配管（９ｐ）に設けられた抽気弁（９）を制御する抽気弁（９）制御ステップと、
前記燃焼器（７３）へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁（８３）を制御する燃料制御ステップと、
前記燃焼器（７３）内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度（Ｔｆ）を取得する温度取得ステップと、を備え、
前記ガスタービン（７）から負荷を切り離す負荷遮断信号（Ｓ）が受信されると、前記抽気弁（９）制御ステップは前記抽気弁（９）の弁開度を閉状態から規定開度（Ｖｃ）の開状態に制御し、前記燃料制御ステップは取得された前記火炎温度（Ｔｆ）が上限値（Ｌｕ）および下限値（Ｌｌ）で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁（８３）を制御する。
上記（８）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン（７）の燃焼制御プログラム（１０）は、
車室（７２）内に流入した圧縮機（７１）による圧縮空気（Ａｃ）を燃焼器（７３）に供給するガスタービン（７）の燃焼制御プログラム（１０）であって、
コンピュータに、
前記車室（７２）内に流入した前記圧縮空気（Ａｃ）の一部を、前記燃焼器（７３）における燃焼用空気（Ａｓ）として用いられないように抽気する抽気配管（９ｐ）に設けられた抽気弁（９）を制御するよう構成された抽気弁制御部（２）と、
前記燃焼器（７３）へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁（８３）を制御するよう構成された燃料制御部（３）と、
前記燃焼器（７３）内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度（Ｔｆ）を取得するよう構成された温度取得部（４）と、備え、
前記ガスタービン（７）から負荷を切り離す負荷遮断信号（Ｓ）が受信されると、前記抽気弁制御部（２）は前記抽気弁（９）の弁開度を閉状態から規定開度（Ｖｃ）の開状態に制御し、前記燃料制御部（３）は取得された前記火炎温度（Ｔｆ）が上限値（Ｌｕ）および下限値（Ｌｌ）で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁（８３）を制御するように実現させるプログラムである。
上記（９）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

１ 燃焼制御装置
１０ 燃焼制御プログラム
１１ プロセッサ
１２ 記憶装置
２ 抽気弁制御部
３ 燃料制御部
３１ 燃料流量決定部
３１ａ 基準開度決定部
３１ｂ 開度補正部
３２ 燃料弁開度決定部
４ 温度取得部
４１ 空気流量算出部
４２ 温度算出部
５０ 負荷遮断信号受信部
５ 規定開度決定部
５１ 第１決定部
５２ 負荷指標値取得部
５３ ノズル数取得部
５４ 第２決定部
６ ガスタービンプラント
６１ 発電機
６２ 空気入口系統
６３ 廃棄系統
６４ 冷却配管
７ ガスタービン
７１ 圧縮機
７１ａ 入口案内翼
７２ 車室
７３ 燃焼器
７３ａ 第１筒部
７３ｂ 第２筒部
７４ タービン
７５ ロータ
８ 燃料系統
８ｍ メイン燃料系統
８ｐ パイロット燃料系統
８Ａ 拡散パイロット系統
８Ｂ 予混パイロット系統
８Ｃ メインＡ系統
８Ｄ メインＢ系統
８Ｅ トップハット系統
８１ 燃料ノズル
８２Ａ 拡散パイロット用マニホールド
８２Ｂ 予混パイロット用マニホールド
８２Ｃ メインＡ用マニホールド
８２Ｄ メインＢ用マニホールド
８２Ｅ トップハット用マニホールド
８３ 燃料調整弁
８３Ａ 燃料調整弁（拡散パイロット系統）
８３Ｂ 燃料調整弁（予混パイロット系統）
８３Ｃ 燃料調整弁（メインＡ系統）
８３Ｄ 燃料調整弁（メインＢ系統）
８３Ｅ 燃料調整弁（トップハット系統）
８６ 燃料タンク
８７ 圧力系統
８８ 燃料圧調整弁（燃料供給圧を制御用）
９ 抽気弁
９ｐ 抽気配管
Ｔｆ 火炎温度
Ｌｌ 火炎温度の下限値
Ｌｕ 火炎温度の上限値
Ｓ 負荷遮断信号
Ａ 空気
Ａｃ 圧縮空気
Ａｓ 燃焼用空気（圧縮空気）
Ｅ 燃焼ガス
Ｆ 燃料（燃料ガス）
Ｆｐ パイロット燃料流量
Ｇａ 空気供給流量
Ｇｅ 抽気流量
Ｇｆ 燃料流量
Ｇｇ 通常時空気流量
Ｈｆ 低位発熱量
Ｔｃｓ 車室空気温度
Ｖ 抽気弁の弁開度
Ｖｃ 規定開度
Ｖｂ 基準開度
Ｖｐ 付加開度
Ｌｄ 負荷指標値

Claims (9)

1. 車室内に流入した圧縮機による圧縮空気を燃焼器に供給するガスタービンの燃焼制御装置であって、
   前記車室内に流入した前記圧縮空気の一部を、前記燃焼器における燃焼用空気として用いられないように抽気する抽気配管に設けられた抽気弁を制御するよう構成された抽気弁制御部と、
   前記燃焼器へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁を制御するよう構成された燃料制御部と、
   前記燃焼器内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度を取得するよう構成された温度取得部と、を備え、
   前記ガスタービンから負荷を切り離す負荷遮断信号が受信されると、前記抽気弁制御部は前記抽気弁の弁開度を閉状態から規定開度の開状態に制御し、前記燃料制御部は取得された前記火炎温度が上限値および下限値で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁を制御するガスタービンの燃焼制御装置。
2. 前記燃焼器は、前記燃料と前記圧縮空気とを燃焼して燃焼ガスを生成する第１筒部を有し、
   前記温度取得部は、前記抽気弁の弁開度に基づいて、前記第１筒部の内部に供給される前記燃焼用空気の流量を算出するよう構成された空気流量算出部と、
   前記第１筒部の内部にそれぞれ供給される前記燃料の燃料流量および前記燃焼用空気の流量に基づいて前記火炎温度の推定値を算出するよう構成された温度算出部と、を有する請求項１に記載のガスタービンの燃焼制御装置。
3. 前記規定開度を決定する規定開度決定部を、さらに備え、
   前記規定開度決定部は、前記負荷遮断信号の受信の際の前記ガスタービンの負荷指標値または前記火炎温度に基づいて、前記抽気弁の前記規定開度を決定する第１決定部を有する請求項１または２に記載のガスタービンの燃焼制御装置。
4. 前記燃焼器には、パイロット燃料系統を含む複数の燃料系統が接続されており、
   前記燃料制御部は、
   前記負荷遮断信号が受信されると、前記ガスタービンの運転状態に応じて前記パイロット燃料系統の前記燃料調整弁の基準開度を決定するよう構成された基準開度決定部と、
   前記負荷遮断信号の受信の際の前記ガスタービンの前記負荷指標値が定格負荷指標値よりも低い低負荷時には、前記基準開度に付加開度だけ加算するよう構成された開度補正部と、を有する請求項３に記載のガスタービンの燃焼制御装置。
5. 前記燃焼器には、前記燃料と前記燃焼用空気との予混合燃料の前記ガスタービンの負荷に応じた流量を、複数の燃料ノズルを用いて前記燃焼器に供給するメイン燃料系統を含む複数の燃料系統が接続されており、
   前記規定開度を決定する規定開度決定部を、さらに備え、
   前記規定開度決定部は、
   前記負荷遮断信号の受信後に使用する、前記メイン燃料系統の前記燃料ノズルの使用本数を取得するよう構成されたノズル数取得部と、
   前記使用本数に基づいて、前記抽気弁の前記規定開度を決定するよう構成された第２決定部と、を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスタービンの燃焼制御装置。
6. 前記規定開度は全開である請求項１または２に記載のガスタービンの燃焼制御装置。
7. 前記上限値は、前記ガスタービンの前記火炎による損傷を防止可能な温度であり、
   前記下限値は、前記火炎の失火を防止可能な温度である請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスタービンの燃焼制御装置。
8. 車室内に流入した圧縮機による圧縮空気を燃焼器に供給するガスタービンの燃焼制御方法であって、
   前記車室内に流入した前記圧縮空気の一部を、前記燃焼器における燃焼用空気として用いられないように抽気する抽気配管に設けられた抽気弁を制御する抽気弁制御ステップと、
   前記燃焼器へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁を制御する燃料制御ステップと、
   前記燃焼器内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度を取得する温度取得ステップと、を備え、
   前記ガスタービンから負荷を切り離す負荷遮断信号が受信されると、前記抽気弁制御ステップは前記抽気弁の弁開度を閉状態から規定開度の開状態に制御し、前記燃料制御ステップは取得された前記火炎温度が上限値および下限値で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁を制御するガスタービンの燃焼制御方法。
9. 車室内に流入した圧縮機による圧縮空気を燃焼器に供給するガスタービンの燃焼制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記車室内に流入した前記圧縮空気の一部を、前記燃焼器における燃焼用空気として用いられないように抽気する抽気配管に設けられた抽気弁を制御するよう構成された抽気弁制御部と、
   前記燃焼器へ供給する燃料の燃料流量を調整する燃料調整弁を制御するよう構成された燃料制御部と、
   前記燃焼器内での前記燃料の燃焼で生じる火炎の火炎温度を取得するよう構成された温度取得部と、備え、
   前記ガスタービンから負荷を切り離す負荷遮断信号が受信されると、前記抽気弁制御部は前記抽気弁の弁開度を閉状態から規定開度の開状態に制御し、前記燃料制御部は取得された前記火炎温度が上限値および下限値で定められる所定の温度範囲に収まるように前記燃料調整弁を制御するように実現させるプログラム。