JP3022882B2 - タ―ビンの燃焼器の燃焼ダイナミックスを制御する方法 - Google Patents
タ―ビンの燃焼器の燃焼ダイナミックスを制御する方法Info
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- F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Description
【０００１】
【技術分野】この発明はガスタービンの燃焼器に於ける
燃焼ダイナミックスを制御する方法、特に、燃焼器に対
する実際の計算された燃料流量及びガスタービンに対す
る熱入力に基づいて、可変の燃料ガス組成及び温度に対
して燃焼ダイナミックスを制御する方法に関する。
燃焼ダイナミックスを制御する方法、特に、燃焼器に対
する実際の計算された燃料流量及びガスタービンに対す
る熱入力に基づいて、可変の燃料ガス組成及び温度に対
して燃焼ダイナミックスを制御する方法に関する。
【０００２】
【背景】工業用タービンはガス点火である場合が多く、
発電機を駆動して電気エネルギを発生する為に発電所で
使われるのが典型的である。このようなタービンの燃焼
器に於ける燃焼ダイナミックスは、非定常的な熱の放出
と燃焼装置の特性との間のフィードバックが原因で燃焼
装置内に生ずる圧力脈動と定義する。このような２つの
特性は、室の音響工学並びに燃料送出し装置である。例
えば、或る燃焼装置では、燃焼缶は円筒形又は環状であ
って、複雑な構造である。燃焼器構造の種々の要素に、
１つ又は更に多くの共振振動数で音響振動を励振するこ
とが可能である。即ち、燃焼器の形状は、励振されたと
き、別異の多重の音響共振を支援することが出来る。非
常に高いレベルの燃焼ダイナミックスは非常に破壊的に
なることがあり、発電機の強制的な運転停止を招くこと
がある。
発電機を駆動して電気エネルギを発生する為に発電所で
使われるのが典型的である。このようなタービンの燃焼
器に於ける燃焼ダイナミックスは、非定常的な熱の放出
と燃焼装置の特性との間のフィードバックが原因で燃焼
装置内に生ずる圧力脈動と定義する。このような２つの
特性は、室の音響工学並びに燃料送出し装置である。例
えば、或る燃焼装置では、燃焼缶は円筒形又は環状であ
って、複雑な構造である。燃焼器構造の種々の要素に、
１つ又は更に多くの共振振動数で音響振動を励振するこ
とが可能である。即ち、燃焼器の形状は、励振されたと
き、別異の多重の音響共振を支援することが出来る。非
常に高いレベルの燃焼ダイナミックスは非常に破壊的に
なることがあり、発電機の強制的な運転停止を招くこと
がある。
【０００３】燃焼ダイナミックスの問題は公知であり、
形状の最適化、燃料を導入する場所及び量、並びに燃焼
器の燃料ノズルの圧力比を変えることを含む多数の方式
を通じて、許容し得るレベルに制御するのが典型的であ
る。例えば、燃焼缶又はその支持体の種々の部品の向き
や寸法を変えることにより、燃焼装置をそれを構成する
部分の共振振動数に対して同調させ又は同調はずれにす
ることが出来る。更に、燃焼器に燃料を導入する種々の
燃料弁の間での燃料送出しの百分率を分けることによ
り、燃焼ダイナミックスの問題を沈静化することが出来
る。しかし、こういう解決策は、燃料ガスの組成及び温
度に対する厳格な基準を設定することを必要とする。
形状の最適化、燃料を導入する場所及び量、並びに燃焼
器の燃料ノズルの圧力比を変えることを含む多数の方式
を通じて、許容し得るレベルに制御するのが典型的であ
る。例えば、燃焼缶又はその支持体の種々の部品の向き
や寸法を変えることにより、燃焼装置をそれを構成する
部分の共振振動数に対して同調させ又は同調はずれにす
ることが出来る。更に、燃焼器に燃料を導入する種々の
燃料弁の間での燃料送出しの百分率を分けることによ
り、燃焼ダイナミックスの問題を沈静化することが出来
る。しかし、こういう解決策は、燃料ガスの組成及び温
度に対する厳格な基準を設定することを必要とする。
【０００４】タービンの燃焼器に対する燃料ガスには、
天然ガス、プロパン及びブタンのようなＬＰＧ、精製ガ
ス及び石炭誘導ガスを含めて多数の異なる種類があるこ
とが理解されよう。こういう夫々の燃料のエネルギイ含
有量は、その出所によって変化し、勿論、色々な種類の
燃料の間でも、エネルギイ含有量に変動がある。燃焼器
に供給される燃料ガスの温度は、装置毎にかなり異なる
ことがある。例えば、ガスタービンの出力から電気を発
生する多くの発電所は、燃焼器に対する燃料ガスの温度
を一定にする為に、燃料ガス・ヒータを設けている。他
の場所では、温度を高くする為に多数の昇圧圧縮機を設
けることがある。従って、場所が違うと、燃料ガスが異
なる温度及び圧力で供給される。更に、幾つかの場所で
は、幾つかの異なる売主からの燃料ガスを源にするが、
これは燃料ガスの温度も組成も変り得ることを意味す
る。
天然ガス、プロパン及びブタンのようなＬＰＧ、精製ガ
ス及び石炭誘導ガスを含めて多数の異なる種類があるこ
とが理解されよう。こういう夫々の燃料のエネルギイ含
有量は、その出所によって変化し、勿論、色々な種類の
燃料の間でも、エネルギイ含有量に変動がある。燃焼器
に供給される燃料ガスの温度は、装置毎にかなり異なる
ことがある。例えば、ガスタービンの出力から電気を発
生する多くの発電所は、燃焼器に対する燃料ガスの温度
を一定にする為に、燃料ガス・ヒータを設けている。他
の場所では、温度を高くする為に多数の昇圧圧縮機を設
けることがある。従って、場所が違うと、燃料ガスが異
なる温度及び圧力で供給される。更に、幾つかの場所で
は、幾つかの異なる売主からの燃料ガスを源にするが、
これは燃料ガスの温度も組成も変り得ることを意味す
る。
【０００５】燃料ガスの組成及び温度を設定する基準
が、ウォッブ指数（Ｗｏｂｂｅ ｉｎｄｅｘ）と呼ばれ
るパラメータによって定められる。ウォッブ指数によ
り、異なる温度での異なる燃料ガスの容積エネルギイ含
有量を比較することが出来る。ガスタービンは燃焼器に
放出されるエネルギイだけに反応し、燃料流量制御過程
が実際には容積流量制御過程であるから、一般的には、
同じ燃料制御装置にウォッブ指数が比較的接近した異な
る組成の燃料が供給されることがある。ウォッブ指数
は、最も一般的には、相対的な燃料発熱量を相対的な密
度で除したものとして定義される。具体的に言うと、ウ
ォッブ指数は次の式で表される。
が、ウォッブ指数（Ｗｏｂｂｅ ｉｎｄｅｘ）と呼ばれ
るパラメータによって定められる。ウォッブ指数によ
り、異なる温度での異なる燃料ガスの容積エネルギイ含
有量を比較することが出来る。ガスタービンは燃焼器に
放出されるエネルギイだけに反応し、燃料流量制御過程
が実際には容積流量制御過程であるから、一般的には、
同じ燃料制御装置にウォッブ指数が比較的接近した異な
る組成の燃料が供給されることがある。ウォッブ指数
は、最も一般的には、相対的な燃料発熱量を相対的な密
度で除したものとして定義される。具体的に言うと、ウ
ォッブ指数は次の式で表される。
【０００６】
【数２】
【０００７】ここでＷＩはウォッブ指数、ＬＨＶは低発
熱量（ＢＴＵ／ｓｃｆ）、Ｔgは絶対温度、ＳＧはＳＴ
Ｐ（標準温度及び圧力）に於ける空気に対する比重であ
る。ウォッブ数の許容し得る変動は、±５％未満と特定
される場合が多い。しかし、特定された値からのウォッ
ブ指数の変動は、燃焼ダイナミックスの受容れることが
出来ないレベルを招くことがある。即ち、燃焼ダイナミ
ックスがウォッブ指数の関数であることが判っている。
この為、特定された値からのウォッブ指数の高いレベル
の変動で運転すると、ハードウエアの疲労、燃焼装置の
部品の寿命の短縮並びに発電の停止の惧れを招くことが
ある。
熱量（ＢＴＵ／ｓｃｆ）、Ｔgは絶対温度、ＳＧはＳＴ
Ｐ（標準温度及び圧力）に於ける空気に対する比重であ
る。ウォッブ数の許容し得る変動は、±５％未満と特定
される場合が多い。しかし、特定された値からのウォッ
ブ指数の変動は、燃焼ダイナミックスの受容れることが
出来ないレベルを招くことがある。即ち、燃焼ダイナミ
ックスがウォッブ指数の関数であることが判っている。
この為、特定された値からのウォッブ指数の高いレベル
の変動で運転すると、ハードウエアの疲労、燃焼装置の
部品の寿命の短縮並びに発電の停止の惧れを招くことが
ある。
【０００８】
【発明の開示】この発明では、ガス燃料制御弁位置フィ
ードバック及び機械性能パラメータを使って、実際のガ
ス燃料のウォッブ指数を計算する。計算された実際の値
を燃料の温度及び組成に基づく予想又は予測された基準
値と比較する。計算された実際のパラメータ及び予想さ
れたパラメータの比較に基づいて、燃焼ダイナミックス
の受容れることが出来ないレベルを確認することが出
来、オペレータに知らされる。この代りに、受容れるこ
とが出来ない燃焼ダイナミックスを確認したことに応答
する能動形制御回路を設けて、燃料ガスの温度を自動的
に変えて、所望のウォッブ指数を保つことが出来る。
ードバック及び機械性能パラメータを使って、実際のガ
ス燃料のウォッブ指数を計算する。計算された実際の値
を燃料の温度及び組成に基づく予想又は予測された基準
値と比較する。計算された実際のパラメータ及び予想さ
れたパラメータの比較に基づいて、燃焼ダイナミックス
の受容れることが出来ないレベルを確認することが出
来、オペレータに知らされる。この代りに、受容れるこ
とが出来ない燃焼ダイナミックスを確認したことに応答
する能動形制御回路を設けて、燃料ガスの温度を自動的
に変えて、所望のウォッブ指数を保つことが出来る。
【０００９】更に具体的に言うと、運転中のタービンに
対する実際のウォッブ指数を決定する為に、燃料の密度
並びにタービンに対する熱又はエネルギイ取込み量を求
める。ガスタービンに対するエネルギイ入力は、タービ
ン制御装置にある現存のアルゴリズムによって計算する
ことが出来る。アルゴリズムが排気温度、入口案内翼角
度、周囲圧力及び温度、及び吐出圧力を考慮に入れて、
熱消費量を計算し、この熱消費量を使って、単位時間及
び燃料流量当りのエネルギイ入力を発生する。密度を計
算するには、ガスタービンに対する計算された熱エネル
ギイ入力から燃料の質量流量が判る。燃料流量弁は、臨
界的な圧力降下に設計されていて、そこで操作され、こ
れによって燃料流量が上流側の圧力並びに弁の位置又は
行程に比例することが保証される。上流側の圧力も弁の
位置も、タービン制御装置で利用出来るパラメータであ
る。こういう値を入力として使って、各々の弁を通る容
積燃料流量を決定することが出来、容積燃料流量を加算
することにより、タービンに対する合計の燃料流量を確
かめることが出来る。一旦合計の容積燃料流量が決定さ
れ、熱入力アルゴリズムから質量流量が判れば、第１の
パラメータ、即ち、ウォッブ指数を計算することが出来
る。従って、実際のウォッブ指数は、燃焼器の上に述べ
た動作パラメータに基づいて決定することが出来る。
対する実際のウォッブ指数を決定する為に、燃料の密度
並びにタービンに対する熱又はエネルギイ取込み量を求
める。ガスタービンに対するエネルギイ入力は、タービ
ン制御装置にある現存のアルゴリズムによって計算する
ことが出来る。アルゴリズムが排気温度、入口案内翼角
度、周囲圧力及び温度、及び吐出圧力を考慮に入れて、
熱消費量を計算し、この熱消費量を使って、単位時間及
び燃料流量当りのエネルギイ入力を発生する。密度を計
算するには、ガスタービンに対する計算された熱エネル
ギイ入力から燃料の質量流量が判る。燃料流量弁は、臨
界的な圧力降下に設計されていて、そこで操作され、こ
れによって燃料流量が上流側の圧力並びに弁の位置又は
行程に比例することが保証される。上流側の圧力も弁の
位置も、タービン制御装置で利用出来るパラメータであ
る。こういう値を入力として使って、各々の弁を通る容
積燃料流量を決定することが出来、容積燃料流量を加算
することにより、タービンに対する合計の燃料流量を確
かめることが出来る。一旦合計の容積燃料流量が決定さ
れ、熱入力アルゴリズムから質量流量が判れば、第１の
パラメータ、即ち、ウォッブ指数を計算することが出来
る。従って、実際のウォッブ指数は、燃焼器の上に述べ
た動作パラメータに基づいて決定することが出来る。
【００１０】予想される燃料状態から導き出された予定
の又は基準のウォッブ指数の値に基づいて、実際のウォ
ッブ指数及び予想ウォッブ指数の間の比較をすることが
出来る。実際のウォッブ指数が、燃焼ダイナミックスを
制御するのに許容し得ると見なされるようなその予定の
範囲の外側にある場合、制御措置を取ることが出来る。
このような措置の一例は、ガスタービンのオペレータに
対する警戒警報又は実際のウォッブ指数を所望のウォッ
ブ指数に向って調整するように自動的にガス燃料温度を
変える制御回路の作動で構成することが出来る。即ち、
それまでの試験に基づいて、低燃焼ダイナミックスとな
るウォッブ指数を確認することが出来、それを基準値と
して用いることが出来る。実際の計算されたウォッブ指
数がこの基準値、即ち、予想又は所望のウォッブ指数に
対する予定の範囲の外側になる場合、燃料ガス熱交換器
又は昇圧圧縮機に送られるフィードバック信号によって
燃料ガス温度を変えることにより、燃料の温度を変える
ことが出来る。高い又は低い方向という指示された方向
の燃料ガス温度の変化により、燃焼装置に対する実際の
ウォッブ指数が変化する。実際のウォッブ指数を、その
基準ウォッブ指数に対しては、燃焼ダイナミックスが問
題のないものであるか又は問題はあるとしても許容し得
るものであるような、基準ウォッブ指数に対応するか又
はそれから予定の範囲内にある値に向って変えることに
より、燃焼器の燃焼ダイナミックスを制御することが出
来る。
の又は基準のウォッブ指数の値に基づいて、実際のウォ
ッブ指数及び予想ウォッブ指数の間の比較をすることが
出来る。実際のウォッブ指数が、燃焼ダイナミックスを
制御するのに許容し得ると見なされるようなその予定の
範囲の外側にある場合、制御措置を取ることが出来る。
このような措置の一例は、ガスタービンのオペレータに
対する警戒警報又は実際のウォッブ指数を所望のウォッ
ブ指数に向って調整するように自動的にガス燃料温度を
変える制御回路の作動で構成することが出来る。即ち、
それまでの試験に基づいて、低燃焼ダイナミックスとな
るウォッブ指数を確認することが出来、それを基準値と
して用いることが出来る。実際の計算されたウォッブ指
数がこの基準値、即ち、予想又は所望のウォッブ指数に
対する予定の範囲の外側になる場合、燃料ガス熱交換器
又は昇圧圧縮機に送られるフィードバック信号によって
燃料ガス温度を変えることにより、燃料の温度を変える
ことが出来る。高い又は低い方向という指示された方向
の燃料ガス温度の変化により、燃焼装置に対する実際の
ウォッブ指数が変化する。実際のウォッブ指数を、その
基準ウォッブ指数に対しては、燃焼ダイナミックスが問
題のないものであるか又は問題はあるとしても許容し得
るものであるような、基準ウォッブ指数に対応するか又
はそれから予定の範囲内にある値に向って変えることに
より、燃焼器の燃焼ダイナミックスを制御することが出
来る。
【００１１】この発明の好ましい実施例では、タービン
の燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御する方法
が、燃焼器に対する燃料入力の容積流量を決定し、ター
ビンに対する熱入力を決定し、タービンに対する燃料の
容積流量並びにタービンに対する熱入力に基づいて、燃
焼器に供給される燃料の組成及び温度を含む実際の燃料
状態を表す第１のパラメータを発生し、第１のパラメー
タを予想燃料状態に基づく第２のパラメータと比較し、
第１及び第２のパラメータの比較に従って燃焼器に対す
る燃料入力の温度を制御して、燃焼器の燃焼ダイナミッ
クスを制御する工程を含む。
の燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御する方法
が、燃焼器に対する燃料入力の容積流量を決定し、ター
ビンに対する熱入力を決定し、タービンに対する燃料の
容積流量並びにタービンに対する熱入力に基づいて、燃
焼器に供給される燃料の組成及び温度を含む実際の燃料
状態を表す第１のパラメータを発生し、第１のパラメー
タを予想燃料状態に基づく第２のパラメータと比較し、
第１及び第２のパラメータの比較に従って燃焼器に対す
る燃料入力の温度を制御して、燃焼器の燃焼ダイナミッ
クスを制御する工程を含む。
【００１２】この発明の別の好ましい実施例では、ター
ビンの燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御する方
法が、燃焼器に対する燃料の容積流量を決定し、タービ
ンに対する熱入力を決定し、タービンに対する燃料の容
積流量及びタービンに対する熱入力に基づいて、燃焼器
に供給される燃料の組成及び温度を含む実際の燃料状態
を表す第１のパラメータを発生し、第１のパラメータを
予想燃料状態に基づく第２のパラメータと比較し、第１
及び第２のパラメータの比較に基づいて、燃焼器に於け
る燃焼ダイナミックスの受容れることが出来ないレベル
を確認し、燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスの受容れ
ることが出来ないレベルが発生したことを知らせる工程
を含む。
ビンの燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御する方
法が、燃焼器に対する燃料の容積流量を決定し、タービ
ンに対する熱入力を決定し、タービンに対する燃料の容
積流量及びタービンに対する熱入力に基づいて、燃焼器
に供給される燃料の組成及び温度を含む実際の燃料状態
を表す第１のパラメータを発生し、第１のパラメータを
予想燃料状態に基づく第２のパラメータと比較し、第１
及び第２のパラメータの比較に基づいて、燃焼器に於け
る燃焼ダイナミックスの受容れることが出来ないレベル
を確認し、燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスの受容れ
ることが出来ないレベルが発生したことを知らせる工程
を含む。
【００１３】この発明の更に別の好ましい実施例では、
タービンの燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御す
る方法が、運転中のタービンに対するウォッブ指数を決
定し、ウォッブ指数は下記の式
タービンの燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御す
る方法が、運転中のタービンに対するウォッブ指数を決
定し、ウォッブ指数は下記の式
【００１４】
【数３】
【００１５】に従って決定され、ここでＷＩはウォッブ
指数、ＬＨＶは低発熱量（ＢＴＵ／ｓｃｆ）、Ｔgは絶
対温度、ＳＧはＳＴＰ状態に於ける空気に対する比重で
あり、実際のウォッブ指数を基準ウォッブ指数と比較
し、実際のウォッブ指数及び基準ウォッブ指数の比較に
基づいて、燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスの受容れ
ることが出来ないレベルを確認し、燃焼器に於ける燃焼
ダイナミックスの受容れることが出来ないレベルが発生
したことを知らせる工程を含む。
指数、ＬＨＶは低発熱量（ＢＴＵ／ｓｃｆ）、Ｔgは絶
対温度、ＳＧはＳＴＰ状態に於ける空気に対する比重で
あり、実際のウォッブ指数を基準ウォッブ指数と比較
し、実際のウォッブ指数及び基準ウォッブ指数の比較に
基づいて、燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスの受容れ
ることが出来ないレベルを確認し、燃焼器に於ける燃焼
ダイナミックスの受容れることが出来ないレベルが発生
したことを知らせる工程を含む。
【００１６】従って、この発明の主な目的は、燃焼器に
対する計算された燃料流量に基づいてガスタービンの燃
焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御する新規な方法
を提供することである。
対する計算された燃料流量に基づいてガスタービンの燃
焼器に於ける燃焼ダイナミックスを制御する新規な方法
を提供することである。
【００１７】
【発明を実施する最善の態様】次に図１について説明す
ると、全体を１０で示した単純サイクル、単軸、ヘビー
デューティ・ガスタービンが概略的に示されている。ガ
スタービンは回転子軸１４を持つ軸流圧縮機１２を有す
る。空気が１６のところで圧縮機の入口に入り、軸流圧
縮機１２によって圧縮され、その後燃焼器１８に吐出さ
れ、そこで天然ガスのような燃料を燃焼して、タービン
２０を駆動する高エネルギイの燃焼ガスを発生する。タ
ービン２０で、高温ガスのエネルギイが仕事に変換さ
れ、その一部分を使って軸１４を介して圧縮機１２を駆
動し、残りは、回転子軸２４を介して、電力を発生する
為の発電機２２のような負荷を駆動する有効な仕事に利
用し得る。タービンの排熱が２６に示されており、これ
は例えば複合サイクル・システムで他の目的に使うこと
が出来る。更に、この発明に従って、燃焼器１８に対す
る燃料入力を加熱する熱交換器２８が示されている。
ると、全体を１０で示した単純サイクル、単軸、ヘビー
デューティ・ガスタービンが概略的に示されている。ガ
スタービンは回転子軸１４を持つ軸流圧縮機１２を有す
る。空気が１６のところで圧縮機の入口に入り、軸流圧
縮機１２によって圧縮され、その後燃焼器１８に吐出さ
れ、そこで天然ガスのような燃料を燃焼して、タービン
２０を駆動する高エネルギイの燃焼ガスを発生する。タ
ービン２０で、高温ガスのエネルギイが仕事に変換さ
れ、その一部分を使って軸１４を介して圧縮機１２を駆
動し、残りは、回転子軸２４を介して、電力を発生する
為の発電機２２のような負荷を駆動する有効な仕事に利
用し得る。タービンの排熱が２６に示されており、これ
は例えば複合サイクル・システムで他の目的に使うこと
が出来る。更に、この発明に従って、燃焼器１８に対す
る燃料入力を加熱する熱交換器２８が示されている。
【００１８】前に述べたように、燃焼器における燃焼ダ
イナミックスは、非定常的な熱の放出と燃焼装置の特性
との間のフィードバックが原因で生ずる圧力脈動の結果
である。この燃焼ダイナミックスが、ウォッブ指数の関
数である。図２に示すように、ウォッブ指数の関数とし
て燃料ガス組成の典型的な変動、例えばＮＧ＃１、ＮＧ
＃２、ＮＧ＃３等と燃料温度を示す代表的なグラフが示
されている。従って、タービン２０に対するウォッブ指
数の実際の計算値が得られれば、この実際の動作状態の
ウォッブ指数を既知の燃焼ダイナミックス特性を持つ基
準ウォッブ指数と比較することが出来る。即ち、運転中
のタービンに対する実際のウォッブ指数を計算し、それ
を基準値、即ち既知の低燃焼ダイナミックス特性のウォ
ッブ指数と比較することにより、実際の運転中のタービ
ン２０の燃焼ダイナミックスの目安を確かめることが出
来、必要に応じて是正措置を取ることが出来る。
イナミックスは、非定常的な熱の放出と燃焼装置の特性
との間のフィードバックが原因で生ずる圧力脈動の結果
である。この燃焼ダイナミックスが、ウォッブ指数の関
数である。図２に示すように、ウォッブ指数の関数とし
て燃料ガス組成の典型的な変動、例えばＮＧ＃１、ＮＧ
＃２、ＮＧ＃３等と燃料温度を示す代表的なグラフが示
されている。従って、タービン２０に対するウォッブ指
数の実際の計算値が得られれば、この実際の動作状態の
ウォッブ指数を既知の燃焼ダイナミックス特性を持つ基
準ウォッブ指数と比較することが出来る。即ち、運転中
のタービンに対する実際のウォッブ指数を計算し、それ
を基準値、即ち既知の低燃焼ダイナミックス特性のウォ
ッブ指数と比較することにより、実際の運転中のタービ
ン２０の燃焼ダイナミックスの目安を確かめることが出
来、必要に応じて是正措置を取ることが出来る。
【００１９】図３について説明すると、タービンの排気
温度ＴＸ、圧縮機吐出圧力ＣＰＤ及び周囲圧力及び温度
に基づくコンピュータ・モデルにより、夫々３０及び３
２に示すように、理論的に又は基準に基づいて、タービ
ンの熱消費量及び予想燃料流量を確かめることができ
る。この為、理論的なウォッブ指数を３４のところで確
認することが出来る。実際の燃料流量を計算し、こうし
てその燃料組成に対するウォッブ指数を求める為、各々
の弁を介して燃焼器に送られるタービンに対する合計燃
料流量を加算する。排気ガス温度Ｔgas、燃料制御弁内
の圧力、即ち、Ｐ２gas及び燃料弁の位置を考慮に入れ
て、タービンを通る質量流量を計算することが出来る。
一定の周囲条件に対してはこの計算を簡単にして、弁の
位置に対する負荷を求めることが出来、弁の位置は燃料
行程基準ＦＳＲで示されている。弁の位置によって決ま
る容積流量及び質量流量が判れば、密度を決定すること
が出来る。密度並びにタービンに対する計算された熱入
力が決定されれば、実際のウォッブ指数３６を出すこと
が出来る。
温度ＴＸ、圧縮機吐出圧力ＣＰＤ及び周囲圧力及び温度
に基づくコンピュータ・モデルにより、夫々３０及び３
２に示すように、理論的に又は基準に基づいて、タービ
ンの熱消費量及び予想燃料流量を確かめることができ
る。この為、理論的なウォッブ指数を３４のところで確
認することが出来る。実際の燃料流量を計算し、こうし
てその燃料組成に対するウォッブ指数を求める為、各々
の弁を介して燃焼器に送られるタービンに対する合計燃
料流量を加算する。排気ガス温度Ｔgas、燃料制御弁内
の圧力、即ち、Ｐ２gas及び燃料弁の位置を考慮に入れ
て、タービンを通る質量流量を計算することが出来る。
一定の周囲条件に対してはこの計算を簡単にして、弁の
位置に対する負荷を求めることが出来、弁の位置は燃料
行程基準ＦＳＲで示されている。弁の位置によって決ま
る容積流量及び質量流量が判れば、密度を決定すること
が出来る。密度並びにタービンに対する計算された熱入
力が決定されれば、実際のウォッブ指数３６を出すこと
が出来る。
【００２０】図３に示すように、実際のウォッブ指数及
び基準ウォッブ指数を３８のところで比較して、誤差信
号を作る。発生された誤差信号４０は、基準ウォッブ指
数からの実際のウォッブ指数の偏差を示す。比較器４２
で決定される誤差信号の或る大きさで、燃焼ダイナミッ
クスの問題の惧れが生じたことを発電所のオペレータに
知らせ又は警告することが出来る。例えば、比較器４２
によって発生された信号４４が、オペレータに対して可
聴又は可視表示を発生することが出来る。この代りに、
誤差信号４４に基づく自動フィードバック制御回路を設
けることが出来る。一旦実際のウォッブ指数が基準ウォ
ッブ指数からの許容し得る変動を越えると、燃焼器に対
する燃料入力の温度を変えることにより、是正措置を取
ることが出来る。図２に示すように、ウォッブ指数は温
度の関数であり、従って、４６に示すように、燃料の温
度を変えることにより、実際のウォッブ指数を、実際の
ウォッブ指数によって生ずる燃焼ダイナミックスよりも
一層低い燃焼ダイナミックスになるようなウォッブ指数
に変えることが出来る。
び基準ウォッブ指数を３８のところで比較して、誤差信
号を作る。発生された誤差信号４０は、基準ウォッブ指
数からの実際のウォッブ指数の偏差を示す。比較器４２
で決定される誤差信号の或る大きさで、燃焼ダイナミッ
クスの問題の惧れが生じたことを発電所のオペレータに
知らせ又は警告することが出来る。例えば、比較器４２
によって発生された信号４４が、オペレータに対して可
聴又は可視表示を発生することが出来る。この代りに、
誤差信号４４に基づく自動フィードバック制御回路を設
けることが出来る。一旦実際のウォッブ指数が基準ウォ
ッブ指数からの許容し得る変動を越えると、燃焼器に対
する燃料入力の温度を変えることにより、是正措置を取
ることが出来る。図２に示すように、ウォッブ指数は温
度の関数であり、従って、４６に示すように、燃料の温
度を変えることにより、実際のウォッブ指数を、実際の
ウォッブ指数によって生ずる燃焼ダイナミックスよりも
一層低い燃焼ダイナミックスになるようなウォッブ指数
に変えることが出来る。
【００２１】この発明を現在最も実用的で好ましい実施
例と考えられるものについて説明したが、この発明がこ
こで開示した実施例に制限されるのではなく、寧ろ、特
許請求の範囲に含まれる種々の変更及び同等の構成をカ
バーするものであることを承知されたい。
例と考えられるものについて説明したが、この発明がこ
こで開示した実施例に制限されるのではなく、寧ろ、特
許請求の範囲に含まれる種々の変更及び同等の構成をカ
バーするものであることを承知されたい。
【図１】この発明を用いたガスタービンの略図。
【図２】燃料ガスの温度の関数としてウォッブ指数を示
すグラフ。
すグラフ。
【図３】この発明に従って燃焼ダイナミックスを制御す
る方法を示す略図。
る方法を示す略図。
１０：ガスタービン １２：軸流圧縮機 １８：燃焼器 ２０：タービン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 9/28 F02C 9/00
Claims (5)
- 【請求項１】 タービンの燃焼器に於ける燃焼ダイナミ
ックスを制御する方法に於て、燃焼器に対する燃料入力
の容積流量を決定し、タービンに対する熱入力を決定
し、タービンに対する燃料の容積流量及びタービンに対
する熱入力に基づいて、燃焼器に供給される燃料の組成
及び温度を含む実際の燃料状態を表す第１のパラメータ
を発生し、該第１のパラメータを予想燃料状態に基づく
第２のパラメータと比較し、前記第１及び第２のパラメ
ータの比較に従って、燃焼器に対する燃料入力の温度を
制御して、燃焼器の燃焼ダイナミックスを制御する工程
を含む方法。 - 【請求項２】 前記タービンが圧縮機を含み、更に、少
なくとも部分的にタービンの排気温度及び圧縮機の吐出
圧力に基づく第２のパラメータを発生する工程を含む請
求項１記載の方法。 - 【請求項３】 タービンの燃焼器に於ける燃焼ダイナミ
ックスを制御する方法に於て、燃焼器に対する燃料の容
積流量を決定し、タービンに対する熱入力を決定し、タ
ービンに対する燃料の容積流量並びにタービンに対する
熱入力に基づいて、燃焼器に供給される燃料の組成及び
温度を含む実際の燃料状態を表す第１のパラメータを発
生し、該第１のパラメータを予想燃料状態に基づく第２
のパラメータと比較し、前記第１及び第２のパラメータ
の比較に基づいて、燃焼器に於ける燃焼ダイナミックス
の受容れることが出来ないレベルを確認し、燃焼器に於
ける燃焼ダイナミックスの受容れることが出来ないレベ
ルが発生したことを知らせる工程を含む方法。 - 【請求項４】 タービンの燃焼器に於ける燃焼ダイナミ
ックスを制御する方法に於て、運転中のタービンに対す
るウォッブ指数を決定し、該ウォッブ指数が下記の式 【数１】 によって定められ、ここでＷＩはウォッブ指数、ＬＨＶ
は低発熱量（ＢＴＵ／ｓｃｆ）、Ｔgは絶対温度、ＳＧ
はＳＴＰ状態に於ける空気に対する比重であり、 実際のウォッブ指数を基準ウォッブ指数と比較し、実際
のウォッブ指数及び基準ウォッブ指数の比較に基づい
て、燃焼器に於ける燃焼ダイナミックスの受容れること
が出来ないレベルを確認し、燃焼器に於ける燃焼ダイナ
ミックスの受容れることが出来ないレベルが発生したこ
とを知らせる工程を含む方法。 - 【請求項５】 実際のウォッブ指数及び基準ウォッブ指
数の比較に従って、タービンに対する燃料入力の温度を
制御して、燃焼器の燃焼ダイナミックスを制御すること
を含む請求項４記載の方法。
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| US09/057268 | 1998-04-08 | ||
| US09/057,268 US6082092A (en) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | Combustion dynamics control for variable fuel gas composition and temperature based on gas control valve feedback |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH11324727A JPH11324727A (ja) | 1999-11-26 |
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- 1999-04-07 JP JP11099501A patent/JP3022882B2/ja not_active Expired - Fee Related
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