JP2022072451A - 燃料ガスの組成分析装置及び組成分析方法、並びに、この組成分析装置を備える原動機制御装置及びこの組成分析方法を含む原動機制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示されるように、本開示の一実施形態に係る燃料ガスの組成分析装置20は、原動機であるガスタービン1に供給される燃料ガスの組成を分析するためのものである。燃料ガスには、燃料成分すなわち炭化水素燃料のような可燃性ガスと、窒素のような不活性ガスとが含まれており、組成分析装置20が分析する燃料ガスの組成とは具体的には、燃料ガス中の不活性ガスの濃度又は可燃性ガスの濃度若しくはその両方を意味する。以下で説明する実施形態では、燃料ガスの組成の分析として燃料ガス中の不活性ガスの濃度を求める形態で説明するが、実質的には、燃料ガス中の可燃性ガスの濃度を求めることや、不活性ガス及び可燃性ガスそれぞれの濃度を求めることと同義である。
次に、本開示の一実施形態に係る燃料ガスの組成分析装置の動作(燃料ガスの組成分析方法)について説明する。図1に示されるように、燃焼器4へ供給される燃料ガスが燃料供給ライン6を流通する際に、密度計測装置21及び発熱量計測装置22のそれぞれによって、燃料ガスの密度ρ0及び燃料ガスの単位量当たりの発熱量LHV0がそれぞれ計測される。計測された密度ρ0及び発熱量LHV0に関するデータは、図3に示されるように、制御装置23の組成演算部24に伝送される。以下に、計測された密度ρ0及び発熱量LHV0を用いて組成演算部24が燃料ガスの組成(燃料ガス中の不活性ガスの濃度C)を演算する動作を詳細に説明する。
ρ2C+ρ1(1-C)=ρ0 ・・・(1)
0・C+LHV1(1-C)=LHV0 ・・・(2)
式(2)から下記式(3)が得られる。
C=1-LHV0/LHV1 ・・・(3)
LHV1=αρ1+β ・・・(5)
式(5)において、α及びβはいずれも定数である。
LHV1’=f(ρ0) ・・・(7’)
となるので、式(8)は下記式(9)となる。
次に、本開示の一実施形態に係る原動機制御装置の動作(原動機制御方法)について説明する。図3に示されるように、燃料制御部25は、組成演算部24から燃料ガス中の不活性ガスの濃度C及び燃料ガスの単位量当たりの発熱量LHV0のデータを受け取り、燃料ガス中の不活性ガスの濃度Cに応じた、パイロットノズル16(図2参照)及びメインノズル17(図2参照)のそれぞれに供給される燃料ガスの比率である燃料比率を算出する。
不活性ガス及び可燃性ガスを含む燃料ガスの組成分析装置(20)であって、
前記燃料ガスの単位量当たりの発熱量を計測する発熱量計測装置(22)と、
前記燃料ガスの密度を計測する密度計測装置(21)と、
前記発熱量計測装置(22)によって計測された前記発熱量及び前記密度計測装置(21)によって計測された前記密度を用いて前記燃料ガスの組成を演算する組成演算部(24)を含む制御装置(23)と
を備える。
前記可燃性ガスの密度ρ1に対する前記可燃性ガスの単位量当たりの発熱量LHV1との関係を表す関数を前記制御装置(23)に予め規定しておき、
前記組成演算部(24)は、前記発熱量計測装置(22)によって計測された前記発熱量と、前記密度計測装置(21)によって計測された前記密度と、前記関数とを用いて前記燃料ガスの組成を演算する。
前記発熱量計測装置(22)によって計測された前記発熱量をLHV0とし、
前記密度計測装置(21)によって計測された前記密度をρ0とし、
前記不活性ガスの密度をρ2とし、
前記燃料ガス中の前記不活性ガスの濃度をCとし、
前記関数を、定数α及びβを用いてLHV1=αρ1+βとすると、
前記組成演算部(24)は、下記式
前記発熱量計測装置(22)によって計測された前記発熱量をLHV0とし、
前記密度計測装置(21)によって計測された前記密度をρ0とし、
前記燃料ガス中の前記不活性ガスの濃度をCとし、
前記関数をLHV1=f(ρ1)とすると、
前記組成演算部(24)は、前記関数の変数ρ1にρ0を代入したf(ρ0)を用いた下記式
前記関数を、定数α及びβを用いてf(ρ1)=αρ1+βとすると、
前記組成演算部(24)は、前記関数の変数ρ1にρ0を代入した(αρ0+β)を用いた下記式
前記燃料ガスを燃焼させる燃焼器(4)を備えた原動機(ガスタービン1)を制御する原動機制御装置(30)であって、
[1]~[5]のいずれかの組成分析装置(20)と、
前記燃焼器(4)が備える互いに異なる第1ノズル(パイロットノズル16)及び第2ノズル(メインノズル17)それぞれに供給される前記燃料ガスの比率である燃料比率を調節するための燃料比率制御部(31)と
を備え、
前記制御装置(23)は燃料制御部(25)をさらに備え、
前記燃料制御部(25)は、前記組成分析装置(20)によって得られた前記燃料ガスの組成に基づいて、前記燃料ガスの比率である燃料比率を補正するための燃料制御指令を算出し前記燃料比率制御部(31)に出力する。
前記燃料比率制御部(31)は、前記制御装置(23)の内部に設けられるとともに前記燃料制御指令を受けて前記燃料比率をプログラムにより制御するように構成されている。
不活性ガス及び可燃性ガスを含む燃料ガスの組成分析方法であって、
前記燃料ガスの単位量当たりの発熱量を計測するステップと、
前記燃料ガスの密度を計測するステップと、
計測された前記発熱量及び前記密度を用いて前記燃料ガスの組成を演算するステップと
を含む。
前記可燃性ガスの密度ρ1に対する前記可燃性ガスの単位量当たりの発熱量LHV1との関係を表す関数を予め規定しておき、
計測された前記発熱量及び前記密度と、前記関数とを用いて前記燃料ガスの組成を演算する。
計測された前記発熱量をLHV0とし、
計測された前記密度をρ0とし、
前記不活性ガスの密度をρ2とし、
前記燃料ガス中の前記不活性ガスの濃度をCとし、
前記関数を、定数α及びβを用いてLHV1=αρ1+βとすると、
下記式
計測された前記発熱量をLHV0とし、
計測された前記密度をρ0とし、
前記燃料ガス中の前記不活性ガスの濃度をCとし、
前記関数をLHV1=f(ρ1)とすると、
前記関数の変数ρ1にρ0を代入したf(ρ0)を用いた下記式
前記関数を、定数α及びβを用いてf(ρ1)=αρ1+βとすると、
前記関数の変数ρ1にρ0を代入した(αρ0+β)を用いた下記式
前記燃料ガスを燃焼させる燃焼器(4)を備えた原動機(ガスタービン1)を制御する原動機制御方法であって、
[8]~[12]のいずれかの組成分析方法を備え、
前記組成分析方法によって得られた前記燃料ガスの組成に基づいて、前記燃焼器(4)が備える互いに異なる第1ノズル(パイロットノズル16)及び第2ノズル(メインノズル17)それぞれに供給される前記燃料ガスの比率である燃料比率を補正するための燃料制御指令を算出し出力する。
4 燃焼器
16 パイロットノズル(第1ノズル)
17 メインノズル(第2ノズル)
20 組成分析装置
21 密度計測装置
22 発熱量計測装置
23 制御装置
24 組成演算部
25 燃料制御部
30 原動機制御装置
31 燃料比率制御部
Claims (13)
- 不活性ガス及び可燃性ガスを含む燃料ガスの組成分析装置であって、
前記燃料ガスの単位量当たりの発熱量を計測する発熱量計測装置と、
前記燃料ガスの密度を計測する密度計測装置と、
前記発熱量計測装置によって計測された前記発熱量及び前記密度計測装置によって計測された前記密度を用いて前記燃料ガスの組成を演算する組成演算部を含む制御装置と
を備える燃料ガスの組成分析装置。 - 前記可燃性ガスの密度ρ1に対する前記可燃性ガスの単位量当たりの発熱量LHV1との関係を表す関数を前記制御装置に予め規定しておき、
前記組成演算部は、前記発熱量計測装置によって計測された前記発熱量と、前記密度計測装置によって計測された前記密度と、前記関数とを用いて前記燃料ガスの組成を演算する、請求項1に記載の燃料ガスの組成分析装置。 - 前記燃料ガスを燃焼させる燃焼器を備えた原動機を制御する原動機制御装置であって、
請求項1~5のいずれか一項に記載の組成分析装置と、
前記燃焼器が備える互いに異なる第1ノズル及び第2ノズルそれぞれに供給される前記燃料ガスの比率である燃料比率を調節するための燃料比率制御部と
を備え、
前記制御装置は燃料制御部をさらに備え、
前記燃料制御部は、前記組成分析装置によって得られた前記燃料ガスの組成に基づいて、前記燃料比率を補正するための燃料制御指令を算出し前記燃料比率制御部に出力する原動機制御装置。 - 前記燃料比率制御部は、前記制御装置の内部に設けられるとともに前記燃料制御指令を受けて前記燃料比率をプログラムにより制御するように構成されている、請求項6に記載の原動機制御装置。
- 不活性ガス及び可燃性ガスを含む燃料ガスの組成分析方法であって、
前記燃料ガスの単位量当たりの発熱量を計測するステップと、
前記燃料ガスの密度を計測するステップと、
計測された前記発熱量及び前記密度を用いて前記燃料ガスの組成を演算するステップと
を含む燃料ガスの組成分析方法。 - 前記可燃性ガスの密度ρ1に対する前記可燃性ガスの単位量当たりの発熱量LHV1との関係を表す関数を予め規定しておき、
計測された前記発熱量及び前記密度と、前記関数とを用いて前記燃料ガスの組成を演算する、請求項8に記載の燃料ガスの組成分析方法。 - 前記燃料ガスを燃焼させる燃焼器を備えた原動機を制御する原動機制御方法であって、
請求項8~12のいずれか一項に記載の組成分析方法を備え、
前記組成分析方法によって得られた前記燃料ガスの組成に基づいて、前記燃焼器が備える互いに異なる第1ノズル及び第2ノズルそれぞれに供給される前記燃料ガスの比率である燃料比率を補正するための燃料制御指令を算出し出力する原動機制御方法。
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