JP2899294B2 - ガスタービン制御装置 - Google Patents

ガスタービン制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はガスタービン制御装置に係り、特に燃焼器内
の火炎を確実に確保するガスタービン制御装置に関す
る。
(従来の技術) 近年の液化天然ガス(LNG)等を燃料とするガスター
ビンは、電力の需要を満たすために大容量化しつつあ
り、この大容量化に伴って、公害規制の面からガスター
ビン排ガス中のNOX,SOXの規制が厳しくなっている。こ
のため、上記気体燃料を如何にして効果的に燃焼させ、
NOX量等を低減させるかについて、ガスタービン燃焼器
あるいは燃焼方法、燃料制御方式等に工夫がなされてい
る。
しかしながら、通常の運用での上記燃料制御の他に、
ガスタービン負荷遮断時(部分負荷遮断を含む)の火炎
消滅の防止、あるいは気体燃料の成分が変化した場合の
上記ガスタービン負荷遮断時時における火炎消滅の防止
に対して保護することも必要である。これにより、ガス
タービンの予期しない停止を防ぐことができ、電力系統
への安定した電力供給を図ることができる。
第5図は従来のガスタービン制御装置を示すブロック
構成図である。ガスタービン制御は、起動制御回路1、
負荷制御回路2、排気温度制御回路3、および燃料発信
器8をそれぞれ備える。起動制御回路1、負荷制御回路
2および排気温度制御回路3のそれぞれから出力した燃
料制御弁開度要求信号は、低値優先回路4に入力され、
ここで最も低い燃料制御弁開度要求信号が選択されるよ
うになっている。
低値優先回路4で選択された燃料制御弁開度要求信号
は、高値優先回路6に入力される。また、高値優先回路
6には、燃焼器7の運転中、負荷遮断があっても火炎の
吹き消えを発生させない最小燃料要求信号8aが燃料発信
器8から出力されている。そして、高値優先回路6は、
上記低値優先回路4の出力信号に、上記燃料発信器8の
出力信号を突き合わせ、いずれか高値信号を選択してガ
ス燃料制御弁制御回路5に出力して、ここで高値信号に
基づいてガス燃料制御弁9の弁開度信号が作り出され
る。
弁開度信号を作り出したガス燃料制御弁制御回路5
は、その信号をガス燃料制御弁9に与えて開閉制御し、
燃料を適正流量にして燃焼器7に供給するよう図ってい
る。
一方、燃焼器7はNOX量を規制するために、一次燃焼
室7-1、二次燃焼室7-2が用意されており、段階的に燃焼
がなされる。各燃焼室7-1,7-2にガス燃料を分配するの
が、ガス燃料分配弁10であり、このガス燃料分配弁10は
ガス燃料制御弁9と燃焼器7との間に設置される。
ガス燃料分配弁10によるガス燃料分配割合は、種々提
案されている。その代表的な例を第6図に示す。この例
では、無負荷からある負荷点Aまでは一次燃焼室7-1
のみ燃料が送られ、負荷点Aより全負荷までは一定割合
aで一次燃焼室7-1、二次燃焼室7-2に気体燃料が送られ
る。ガス燃料分配弁10の開度は、負荷により決定される
が、その開度制御信号11は、負荷制御回路2内の負荷設
定器(図示せず)の負荷設定信号12を入力した関数発生
器13から入力される。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このようなガスタービン制御装置にお
いては、ガスタービン運用中のガス燃料の成分変化等に
より希薄燃料となり、最小燃料流量制御が行なわれる場
合に(例えば負荷遮断後等)、火炎消滅が生じることが
ある。また、一次燃焼室7-1、二次燃焼室7-2の両方に燃
料を送り、ガスタービンが運用されている場合は、ガス
燃料成分が正常であっても、最小燃料流量制御時に火炎
消滅の可能性がある。これは、負荷遮断信号を受けてか
らガス燃料分配弁10が無負荷位置、すなわち一次燃焼室
7-1のみにガス燃料を送るまでに時間遅れがあるからで
ある。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、2
段燃焼運転中にガス燃料の成分が変化しても燃焼器内の
安定火炎を確保することのできるガスタービン制御装置
を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明に係るガスタービン制御装置は、起動制御回
路、負荷制御回路、排気温度制御回路のそれぞれから出
力される信号のうち、いずれかの低値信号を選択して出
力する低値優先回路と、この低値優先回路の出力信号と
燃料発信器から出力される最小燃料要求信号とを突き合
わせ、いずれかの高値信号を選択する高値優先回路と、
この高値優先回路の出力信号に基づいてガス燃料制御弁
の弁開度信号を演算するガス燃料制御弁制御系統とを備
えるとともに、上記ガス燃料制御弁の下流側に設けられ
一次燃焼室および二次燃焼室のそれぞれに燃料を分配す
るガス燃料分配弁に、上記負荷制御回路から出力される
負荷設定信号に基づいて演算した弁開度信号を与えるガ
ス燃料分配弁制御系統とを備えたガスタービン制御装置
において、上記ガス燃料分配弁から上記一次燃焼室およ
び二次燃焼室のそれぞれに燃料を分配中、負荷遮断があ
っとき、上記ガス燃料分配弁の弁開度に基づいて演算し
たバイアスを出力するバイアス発生器と、上記ガス燃料
制御弁の入口側で検出した燃料濃度に基づいて最小燃料
要求信号を設定する関数発生器と、この関数発生器の最
小燃料要求信号に上記バイアス発生器のバイアスを加え
て燃料要求信号を設定する燃料可変発信器とのそれぞれ
を、上記ガス燃料制御弁制御系統およびガス燃料分配弁
制御系統に併設したものである。
(作用) 本発明に係るガスタービン制御装置は、ガス燃料制御
弁の入口側の燃料濃度を検出し、その検出信号に基づい
て最小燃料要求信号を設定するとともに、その設定信号
に、ガス燃料分配弁の弁開度信号に基づいて演算したバ
イアスを加えて最小燃料要求信号を高くしてガス燃料制
御弁の弁開度を制御したので、一次燃焼室および二次燃
焼室の運転中に負荷遮断があっても、燃料の安定供給が
でき、燃焼器内の火炎を確実に確保することができる。
(実施例) 本発明に係るガスタービン制御装置の一実施例につい
て第1図を参照して説明する。
第1図において第5図と同一部分については同一の符
号を付して詳細な説明を省略する。第1図において、ガ
ス燃料制御弁9の上流側の配管には、配管中を流れるガ
ス燃料の濃度を分析するガス燃料分析装置15が接続され
る。このガス燃料分析装置15には、ガス燃料の濃度が低
い場合に最小燃料要求信号16aの値を大きくし、ガス燃
料の濃度が高い場合に最小燃料要求信号16bの値を小さ
くする関数発生器16が接続される。また、ガス燃料分配
弁10には、燃料が一次燃焼室7-1と二次燃焼室7-2の両方
に供給されているとき、その弁開度に基づいて演算した
バイアスを出力するバイアス発生器17が接続されてい
る。なお、バイアス発生器17は、一次燃焼室7-1のみが
運転されているとき、バイアスを発生させないようにな
っている。
一方、関数発生器16およびバイアス発生器17のそれぞ
れの出力側には、燃料可変発信器17aが設けられてお
り、この燃料可変発信器17aにより、関数発生器16で設
定した最小燃料要求信号16aに、バイアス発生器17のバ
イアスを加算させ、その加算信号17bを高値優先回路6
で優先選択を行わせるようになっている。
次に、上記実施例の作用について説明する。
一次燃焼室7-1、二次燃焼室7-2の両方の運転中、負荷
遮断があり、ガス燃料が希薄になった場合、ガス燃料分
析装置15は燃料濃度を検出し、その検出信号を関数発生
器16に出力する。関数発生器16は、燃料濃度に見合うよ
うに最小燃料要求信号16aを設定して燃料可変発信器17a
に出力する。
また、バイアス発生器17は、ガス分配弁10の弁開度に
基づいて演算したバイアスを燃料可変発信器17aに出力
し、ここで上記最小燃料要求信号16aにバイアスを加算
させる。
燃料可変発信器17aは、加算信号17bを高値優先回路6
で優先選択を行わせるようにし、その加算信号17bに基
づいてガス燃料制御弁制御回路5で弁開度信号を演算さ
せ、その弁開度をガス燃料制御弁9に与えて制御する。
したがって、本実施例は、ガス燃料の供給が一次燃焼
室7-1だけになるまで燃料可変発信器17aの加算信号17b
をガス燃料制御弁9に与えているので、ガス燃料制御弁
9からより多くのガス燃料が供給され、燃焼器7内にお
ける火炎を確実に確保することができる。ガス燃料分配
弁10が一次燃焼室7-1へのみガス燃料を供給する状態と
なった場合、バイアス発生器17は、バイアスの発生を停
止し、関数発生器16で設定した最小燃料要求信号16aに
よりガス燃料制御弁9が制御される。
このように、上記実施例によれば、一次燃焼室7-1
二次燃焼室7-2との2段燃焼運転中、ガス燃料の成分に
変化があっても、燃焼器7内の安定した火炎を確保する
ことができる。
次に本発明の他の実施例について説明する。
最小燃料要求信号16aを可変にする他の方法として
は、ガスタービン実負荷とガス燃料制御弁9の開度関係
を利用することができる。第2図において、横軸はガス
燃料制御弁開度、縦軸はガスタービンの出力を示し、実
線はガス燃料が正常な状態における特性を示す。ガス燃
料が希薄な場合は、同じガスタービン出力を得るため、
よりガス燃料制御弁9の開度を大きくとる必要があり、
破線の特性となる(濃厚な場合は逆)。この実線と破線
の違いで最小燃料要求信号16aに補正を加えることがで
きる。すなわち、第3図に示すように、ガスタービン出
力18およびガス燃料制御弁開度19を入力とする比較器20
により、第2図の相違を比較し、その差により生じた偏
差信号を関数発生器21で発生させ、その信号を最小燃料
要求信号8として高値優先回路6へ出力する。
また、バイアス発生器17の代りに、第4図に示すよう
に、補助弁22を一次燃焼室7-1へのガス燃料ラインへ設
置し、この補助弁22を負荷遮断信号23により開弁させ、
ガス燃料分配弁10が第6図の負荷点Aに相当する開度24
になった時点で閉弁させるようにしてもよい、なお、符
号25は関数発生器を示す。
この実施例においても前記実施例と同様の作用、効果
がある。
〔発明の効果〕
本発明に係るガスタービン制御装置は、ガス燃料の成
分変化に対応する最小燃料要求信号を可変にすると共
に、その可変の最小燃料要求信号にガス燃料分配弁の弁
開度に基づいて演算したバイアスを加えた燃料要求信号
にしたから、2段燃焼運転中にガス燃料の成分が変化し
ても燃焼器内の安定火炎を確実に確保することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るガスタービン制御装置の一実施例
を示すブロック構成図、第2図は本発明の他の実施例に
おいてガスタービン出力とガス燃料制御弁開度との関係
を示す特性図、第3図および第4図は本発明の他の実施
例を示す構成図、第5図は従来のガスタービン制御装置
を示すブロック構成図、第6図はガス燃料分配弁におけ
る燃料分配割合を示す特性図である。 1……起動制御回路、2……負荷制御回路、3……排気
温度制御回路、4……低値優先回路、5……ガス燃料制
御弁制御回路、6……高値優先回路、7……燃焼器、8
……燃料発信器、9……ガス燃料制御弁、10……ガス燃
料分配弁、15……ガス燃料分析装置、16……関数発生
器、17……バイアス発生器、17a……燃料可変発信器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02C 9/28 F02C 9/32 F02C 9/40 F02C 9/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】起動制御回路、負荷制御回路、排気温度制
    御回路のそれぞれから出力される信号のうち、いずれか
    の低値信号を選択して出力する低値優先回路と、この低
    値優先回路の出力信号と燃料発信器から出力される最小
    燃料要求信号とを突き合わせ、いずれかの高値信号を選
    択する高値優先回路と、この高値優先回路の出力信号に
    基づいてガス燃料制御弁の弁開度信号を演算するガス燃
    料制御弁制御系統とを備えるとともに、上記ガス燃料制
    御弁の下流側に設けられ一次燃焼室および二次燃焼室の
    それぞれに燃料を分配するガス燃料分配弁に、上記負荷
    制御回路から出力される負荷設定信号に基づいて演算し
    た弁開度信号を与えるガス燃料分配弁制御系統とを備え
    たガスタービン制御装置において、上記ガス燃料分配弁
    から上記一次燃焼室および二次燃焼室のそれぞれに燃料
    を分配中、負荷遮断があっとき、上記ガス燃料分配弁の
    弁開度に基づいて演算したバイアスを出力するバイアス
    発生器と、上記ガス燃料制御弁の入口側で検出した燃料
    濃度に基づいて最小燃料要求信号を設定する関数発生器
    と、この関数発生器の最小燃料要求信号に上記バイアス
    発生器のバイアスを加えて燃料要求信号を設定する燃料
    可変発信器とのそれぞれを、上記ガス燃料制御弁制御系
    統およびガス燃料分配弁制御系統に併設したことを特徴
    とするガスタービン制御装置。
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