JP3500710B2 - 燃料加熱ガスタービンプラント - Google Patents
燃料加熱ガスタービンプラントInfo
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- JP3500710B2 JP3500710B2 JP17229094A JP17229094A JP3500710B2 JP 3500710 B2 JP3500710 B2 JP 3500710B2 JP 17229094 A JP17229094 A JP 17229094A JP 17229094 A JP17229094 A JP 17229094A JP 3500710 B2 JP3500710 B2 JP 3500710B2
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- temperature
- gas turbine
- control valve
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2200/00—Mathematical features
- F05B2200/20—Special functions
- F05B2200/21—Root
- F05B2200/211—Square root
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料を加熱するガスタ
ービンプラントに係わり、燃料を加熱することにより燃
料温度が変化する場合でもガスタービンに必要な燃料量
を的確に供給するための燃料配管系統及びその運転制御
方法に関する。
ービンプラントに係わり、燃料を加熱することにより燃
料温度が変化する場合でもガスタービンに必要な燃料量
を的確に供給するための燃料配管系統及びその運転制御
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のガスタービン燃料制御に関して、
EPRI AP−5975 Project 2102−17Final Report October
1988 “Soft−Start Fuel Contorol Modifications fo
rLarge, Heavy−Duty Combustion Turbines”のAppendi
x Aに記載されている。
EPRI AP−5975 Project 2102−17Final Report October
1988 “Soft−Start Fuel Contorol Modifications fo
rLarge, Heavy−Duty Combustion Turbines”のAppendi
x Aに記載されている。
【０００３】また、燃料加熱源として、ガスタービン高
温部の冷却のため抽気した圧縮機からの空気を用いる提
案が、第１１回ＥＰＲＩ石炭ガス化発電会議の“POWERI
NGTHE FUTURE:Advanced Combustion Turbines and EPR
I's Program”の２３ページに記載されている。
温部の冷却のため抽気した圧縮機からの空気を用いる提
案が、第１１回ＥＰＲＩ石炭ガス化発電会議の“POWERI
NGTHE FUTURE:Advanced Combustion Turbines and EPR
I's Program”の２３ページに記載されている。
【０００４】さらに、ガス燃料配管及びガス燃料加温装
置を複数区間に分割し、各区間のガス燃料圧力及び温度
に基づいて、加温源である蒸気の蒸気配管に設けた蒸気
止め弁及び蒸気流量調整弁を作動制御することにより、
必要最小限の蒸気流量で暖機を行うことが、特開昭60−
252127号公報に記載されている。
置を複数区間に分割し、各区間のガス燃料圧力及び温度
に基づいて、加温源である蒸気の蒸気配管に設けた蒸気
止め弁及び蒸気流量調整弁を作動制御することにより、
必要最小限の蒸気流量で暖機を行うことが、特開昭60−
252127号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】さらなる発電出力や熱
効率の向上を行うためには、プラント内で生成される排
熱をいかにプラントに回収するかが問題となる。排熱回
収の媒体としては、一般に水，蒸気が考えられるが、サ
イクルのより上流側である燃料が効果的である。これ
は、燃料の温度を高くすると燃料の顕熱が増加して、そ
の分だけ燃料量を少なくできることから明らかである。
効率の向上を行うためには、プラント内で生成される排
熱をいかにプラントに回収するかが問題となる。排熱回
収の媒体としては、一般に水，蒸気が考えられるが、サ
イクルのより上流側である燃料が効果的である。これ
は、燃料の温度を高くすると燃料の顕熱が増加して、そ
の分だけ燃料量を少なくできることから明らかである。
【０００６】燃料を加熱することは従来技術で示されて
いるが、燃料温度が変化することによる燃料流量制御の
具体的問題点とその解決法については検討されていな
い。また、燃料を加熱する熱源についても従来技術に示
した以外には報告されていない。
いるが、燃料温度が変化することによる燃料流量制御の
具体的問題点とその解決法については検討されていな
い。また、燃料を加熱する熱源についても従来技術に示
した以外には報告されていない。
【０００７】燃料を加熱して燃料温度が高くなると燃料
密度が小さくなり、一定の質量流量を得るために必要な
体積流量は大きくなる。このため、ガスタービンを所定
の出力にするための燃料制御弁の弁開度は、燃料温度が
高くなるにつれ大きくなる。すなわち、燃料制御弁の弁
開度は燃料の温度により異なる。
密度が小さくなり、一定の質量流量を得るために必要な
体積流量は大きくなる。このため、ガスタービンを所定
の出力にするための燃料制御弁の弁開度は、燃料温度が
高くなるにつれ大きくなる。すなわち、燃料制御弁の弁
開度は燃料の温度により異なる。
【０００８】気体燃料の場合、弁入口の圧力をＰ１，弁
出口の圧力をＰ２，燃料の温度を絶対温度Ｔとすると、
弁を流れる質量流量Ｇｆの特性は圧力比Ｐ２／Ｐ１がチ
ョーク状態となる臨界圧力比より大きい場合、 Ｇｆ＝ｋ×Ｃｖ×√（Ｐ１×Ｐ１−Ｐ２×Ｐ２）／√
（Ｔ） であり、 圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下の場合、 Ｇｆ＝ｋ×Ｃｖ×Ｐ１／√（Ｔ） である。
出口の圧力をＰ２，燃料の温度を絶対温度Ｔとすると、
弁を流れる質量流量Ｇｆの特性は圧力比Ｐ２／Ｐ１がチ
ョーク状態となる臨界圧力比より大きい場合、 Ｇｆ＝ｋ×Ｃｖ×√（Ｐ１×Ｐ１−Ｐ２×Ｐ２）／√
（Ｔ） であり、 圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下の場合、 Ｇｆ＝ｋ×Ｃｖ×Ｐ１／√（Ｔ） である。
【０００９】ただし、ｋは各気体燃料固有の定数でＣｖ
は弁の流路断面積を表す容量係数である。ここで、燃料
を絶対温度ＴbaseからＴｆまで加熱した場合、Ｐ１，Ｐ
２を一定と仮定すると同じ質量流量を得るための燃料制
御弁の流路断面積（Ｃｖ値）は、上記の弁の流量特性を
表す式から、√（Ｔｆ／Ｔbase)倍必要となり、燃料温
度を考慮しなければガスタービン出力が大きく変動して
しまうという問題が生じる。また、燃料温度が大きく変
化すると、一つの燃料制御弁では熱歪により十分な精度
で流量を調節できないという問題も生じる。
は弁の流路断面積を表す容量係数である。ここで、燃料
を絶対温度ＴbaseからＴｆまで加熱した場合、Ｐ１，Ｐ
２を一定と仮定すると同じ質量流量を得るための燃料制
御弁の流路断面積（Ｃｖ値）は、上記の弁の流量特性を
表す式から、√（Ｔｆ／Ｔbase)倍必要となり、燃料温
度を考慮しなければガスタービン出力が大きく変動して
しまうという問題が生じる。また、燃料温度が大きく変
化すると、一つの燃料制御弁では熱歪により十分な精度
で流量を調節できないという問題も生じる。
【００１０】 本発明の目的は、ガスタービンへ供給さ
れる気体燃料が加熱される燃料加熱ガスタービンプラン
トにおいて、燃料温度が変化する場合にもガスタービン
出力の変動や燃焼器火炎の失火を防止することができる
燃料加熱ガスタービンプラントを提供することにある。
れる気体燃料が加熱される燃料加熱ガスタービンプラン
トにおいて、燃料温度が変化する場合にもガスタービン
出力の変動や燃焼器火炎の失火を防止することができる
燃料加熱ガスタービンプラントを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスタービン
燃焼器へ気体燃料を供給するための燃料配管上に、燃料
流量を調節する燃料制御弁と該燃料制御弁の開度信号を
生成する燃料制御装置とを備え、前記燃料制御弁の上流
側の燃料配管上に前記気体燃料を加熱する燃料加熱装置
と加熱後の燃料温度を検出する手段とを設け、検出した
燃料温度を前記燃料制御装置に入力する手段を具備した
燃料加熱ガスタービンプラントであって、前記気体燃料
のある基準絶対温度に対する検出した絶対温度の比の平
方根を該開度信号に掛け合わせて補正し、補正後の開度
信号により流量制御を行うことを特徴とする。
燃焼器へ気体燃料を供給するための燃料配管上に、燃料
流量を調節する燃料制御弁と該燃料制御弁の開度信号を
生成する燃料制御装置とを備え、前記燃料制御弁の上流
側の燃料配管上に前記気体燃料を加熱する燃料加熱装置
と加熱後の燃料温度を検出する手段とを設け、検出した
燃料温度を前記燃料制御装置に入力する手段を具備した
燃料加熱ガスタービンプラントであって、前記気体燃料
のある基準絶対温度に対する検出した絶対温度の比の平
方根を該開度信号に掛け合わせて補正し、補正後の開度
信号により流量制御を行うことを特徴とする。
【００１２】 さらに、本発明は、ガスタービン燃焼器
へ気体燃料を供給するための燃料配管上に、燃料流量を
調節する燃料制御弁と該燃料制御弁の開度信号を生成す
る燃料制御装置とを備え、前記燃料制御弁の上流側の燃
料配管上に前記気体燃料を加熱する燃料加熱装置と加熱
後の燃料温度を検出する手段とを設け、さらに、燃料制
御弁入口の圧力を調整する圧力調節装置と前記燃料制御
弁入口の圧力を検出する装置とを設け、圧力指定信号と
検出した圧力信号との偏差により前記圧力調節装置を制
御する燃料加熱ガスタービンプラントであって、前記気
体燃料のある基準絶対温度に対する検出した絶対温度の
比の平方根を前記圧力指定信号に掛けて補正し、補正後
の圧力指定信号により流量制御を行うことを特徴とす
る。
へ気体燃料を供給するための燃料配管上に、燃料流量を
調節する燃料制御弁と該燃料制御弁の開度信号を生成す
る燃料制御装置とを備え、前記燃料制御弁の上流側の燃
料配管上に前記気体燃料を加熱する燃料加熱装置と加熱
後の燃料温度を検出する手段とを設け、さらに、燃料制
御弁入口の圧力を調整する圧力調節装置と前記燃料制御
弁入口の圧力を検出する装置とを設け、圧力指定信号と
検出した圧力信号との偏差により前記圧力調節装置を制
御する燃料加熱ガスタービンプラントであって、前記気
体燃料のある基準絶対温度に対する検出した絶対温度の
比の平方根を前記圧力指定信号に掛けて補正し、補正後
の圧力指定信号により流量制御を行うことを特徴とす
る。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】特に燃料が気体の場合、燃料配管上に燃料
の温度を検出する手段と、検出した燃料温度により燃料
制御弁を制御する手段とを具備し、燃料のある基準絶対
温度に対する検出した絶対温度の比の平方根の割合分だ
け燃料制御弁の開度を変化させる。
の温度を検出する手段と、検出した燃料温度により燃料
制御弁を制御する手段とを具備し、燃料のある基準絶対
温度に対する検出した絶対温度の比の平方根の割合分だ
け燃料制御弁の開度を変化させる。
【００２３】燃料が気体の場合、燃料配管上に燃料の温
度を検出する手段と、検出した燃料温度により燃料制御
弁を制御する手段とを具備し、燃料制御弁入口に燃料圧
力を検出する装置と圧力調節装置を設け、燃料のある基
準絶対温度に対する検出した絶対温度の比の平方根の割
合分だけ燃料制御弁入口圧力を圧力調節装置で変化させ
ることにより、達成される。
度を検出する手段と、検出した燃料温度により燃料制御
弁を制御する手段とを具備し、燃料制御弁入口に燃料圧
力を検出する装置と圧力調節装置を設け、燃料のある基
準絶対温度に対する検出した絶対温度の比の平方根の割
合分だけ燃料制御弁入口圧力を圧力調節装置で変化させ
ることにより、達成される。
【００２４】
【作用】従来の燃料制御弁に対する制御信号に加え、燃
料温度検出手段により検出された温度信号を燃料制御装
置へ入力する。この燃料温度入力は、燃料制御弁の弁操
作量に対し、補正を加える。この補正により、急激に燃
料の温度変化が生じたとしても適切な燃料流量弁開度に
素早く応答し、ガスタービンの出力変動や過度の燃料供
給による燃焼器の損傷や燃料の供給不足による火炎の吹
き消えなどを防止することができる。
料温度検出手段により検出された温度信号を燃料制御装
置へ入力する。この燃料温度入力は、燃料制御弁の弁操
作量に対し、補正を加える。この補正により、急激に燃
料の温度変化が生じたとしても適切な燃料流量弁開度に
素早く応答し、ガスタービンの出力変動や過度の燃料供
給による燃焼器の損傷や燃料の供給不足による火炎の吹
き消えなどを防止することができる。
【００２５】燃料の温度変化に伴い燃料制御弁入口圧力
が変動し圧力値が不明になると、燃料流量制御が不可能
となる。そこで、圧力調節装置を設け燃料温度に応じて
燃料制御弁入口圧力を所要の圧力に調整することによ
り、燃料制御弁による燃料流量制御が可能となる。
が変動し圧力値が不明になると、燃料流量制御が不可能
となる。そこで、圧力調節装置を設け燃料温度に応じて
燃料制御弁入口圧力を所要の圧力に調整することによ
り、燃料制御弁による燃料流量制御が可能となる。
【００２６】また、温度が大きく変化する燃料の流量を
燃料制御弁により十分な精度で制御することは、燃料制
御弁を構成する材料の熱膨張のため、難しい。そこで、
加熱燃料の供給配管系統に加え、加熱しない燃料の供給
配管系統を併設する。そして、加熱燃料の温度が加熱用
燃料制御弁の使用範囲温度に達するまでは、非加熱の燃
料のみを非加熱用燃料制御弁により供給し、使用範囲温
度に達すると、加熱用燃料制御弁からの供給を開始す
る。このような系統及び運転方法により、燃料制御弁を
許容温度範囲で使用することができる。
燃料制御弁により十分な精度で制御することは、燃料制
御弁を構成する材料の熱膨張のため、難しい。そこで、
加熱燃料の供給配管系統に加え、加熱しない燃料の供給
配管系統を併設する。そして、加熱燃料の温度が加熱用
燃料制御弁の使用範囲温度に達するまでは、非加熱の燃
料のみを非加熱用燃料制御弁により供給し、使用範囲温
度に達すると、加熱用燃料制御弁からの供給を開始す
る。このような系統及び運転方法により、燃料制御弁を
許容温度範囲で使用することができる。
【００２７】
【実施例】以下の実施例では燃料は気体燃料である。
【００２８】以下、本発明の一実施例を図１で説明す
る。
る。
【００２９】まずはじめに燃料温度ＴｆがＴｆ＝Ｔｆba
se一定の燃料非加熱の場合のガスタービン燃料制御につ
いて説明する。燃料は、燃料制御弁１入口の燃料圧力を
調節する圧力調整弁２に流入する。圧力調節弁２出口の
燃料圧力を圧力検出装置８により検出し、圧力検出信号
１３として圧力指定信号１２との偏差をとる。その偏差
に基づいて、圧力調整弁制御装置６で比例制御を行うこ
とにより、燃料制御弁１の入り口圧力が指定圧力となる
ように制御する。ここで、燃料制御弁入り口圧力をＰ
１、燃料制御弁出口圧力をＰ２とすると、Ｐ２／Ｐ１が
臨界圧力比以下となり、かつ図２（ａ）に示すようにガ
スタービン速度に比例する様にＰ１を与える。このとき
の燃料制御弁の特性は Ｇｆ＝ｋ×Ｃｖ×Ｐ１／√（Ｔｆ） 式（１） である。ただし、Ｇｆは燃料の質量流量、ｋは種々の気
体燃料特有の定数、Ｃｖは弁の流路断面積を表す容量係
数、Ｔｆは燃料の絶対温度である。Ｐ２／Ｐ１が臨界圧
力比以下となると弁はチョーク状態となり、式（１）か
ら、ＧｆはＰ２に無関係となる。図２（ｂ）に示すよう
に、燃料制御信号１４が燃料制御弁１の流路断面積と比
例関係となるように燃料制御弁制御装置４によって、弁
開度信号１７を生成する。そして、検出した実測弁開度
信号１６と弁開度信号１７との偏差がなくなるように制
御器５により比例制御を行う。燃料温度が一定であり、
ガスタービン速度に対してＰ１は図２（ａ）により決ま
ることから、式（１）から質量流量Ｇｆは容量係数Ｃｖ
と比例関係となる。また、流路断面積を表す容量係数Ｃ
ｖと燃料制御信号１４は比例関係にあることから、燃料
制御信号１４と燃料質量流量Ｇｆは図２（ｃ）の様に比
例関係となる。すなわち、燃料制御信号を入力するとそ
れに比例した燃料質量流量が得られる。
se一定の燃料非加熱の場合のガスタービン燃料制御につ
いて説明する。燃料は、燃料制御弁１入口の燃料圧力を
調節する圧力調整弁２に流入する。圧力調節弁２出口の
燃料圧力を圧力検出装置８により検出し、圧力検出信号
１３として圧力指定信号１２との偏差をとる。その偏差
に基づいて、圧力調整弁制御装置６で比例制御を行うこ
とにより、燃料制御弁１の入り口圧力が指定圧力となる
ように制御する。ここで、燃料制御弁入り口圧力をＰ
１、燃料制御弁出口圧力をＰ２とすると、Ｐ２／Ｐ１が
臨界圧力比以下となり、かつ図２（ａ）に示すようにガ
スタービン速度に比例する様にＰ１を与える。このとき
の燃料制御弁の特性は Ｇｆ＝ｋ×Ｃｖ×Ｐ１／√（Ｔｆ） 式（１） である。ただし、Ｇｆは燃料の質量流量、ｋは種々の気
体燃料特有の定数、Ｃｖは弁の流路断面積を表す容量係
数、Ｔｆは燃料の絶対温度である。Ｐ２／Ｐ１が臨界圧
力比以下となると弁はチョーク状態となり、式（１）か
ら、ＧｆはＰ２に無関係となる。図２（ｂ）に示すよう
に、燃料制御信号１４が燃料制御弁１の流路断面積と比
例関係となるように燃料制御弁制御装置４によって、弁
開度信号１７を生成する。そして、検出した実測弁開度
信号１６と弁開度信号１７との偏差がなくなるように制
御器５により比例制御を行う。燃料温度が一定であり、
ガスタービン速度に対してＰ１は図２（ａ）により決ま
ることから、式（１）から質量流量Ｇｆは容量係数Ｃｖ
と比例関係となる。また、流路断面積を表す容量係数Ｃ
ｖと燃料制御信号１４は比例関係にあることから、燃料
制御信号１４と燃料質量流量Ｇｆは図２（ｃ）の様に比
例関係となる。すなわち、燃料制御信号を入力するとそ
れに比例した燃料質量流量が得られる。
【００３０】次に燃料が燃料加熱器３０により非加熱の
絶対温度ＴbaseからＴｆまで加熱される場合を考える。
燃料制御弁１の入口圧力は図２（ａ）の様にガスタービ
ン速度に対して比例して設定する。しかしながら、図２
（ｂ）の様に燃料制御信号と燃料制御弁流路断面積が比
例関係となるように制御したとしても、式（１）のＴｆ
が変化するので燃料制御信号に対して燃料質量流量は一
意に決まらなくなるという問題が生じる。これを解決す
るために、燃料温度検出器７を燃料制御弁入り口に設置
し、検出した温度信号１５を燃料制御弁制御装置４に入
力する。そして、燃料制御弁制御装置４において、図２
（ｂ）から得られる燃料制御信号１４に対する燃料制御
弁流路断面積を√（Ｔｆ／Ｔbase）倍だけ補正すること
により、燃料制御信号１４と燃料質量流量Ｇｆは図２
（ｃ）の様に比例関係となる。
絶対温度ＴbaseからＴｆまで加熱される場合を考える。
燃料制御弁１の入口圧力は図２（ａ）の様にガスタービ
ン速度に対して比例して設定する。しかしながら、図２
（ｂ）の様に燃料制御信号と燃料制御弁流路断面積が比
例関係となるように制御したとしても、式（１）のＴｆ
が変化するので燃料制御信号に対して燃料質量流量は一
意に決まらなくなるという問題が生じる。これを解決す
るために、燃料温度検出器７を燃料制御弁入り口に設置
し、検出した温度信号１５を燃料制御弁制御装置４に入
力する。そして、燃料制御弁制御装置４において、図２
（ｂ）から得られる燃料制御信号１４に対する燃料制御
弁流路断面積を√（Ｔｆ／Ｔbase）倍だけ補正すること
により、燃料制御信号１４と燃料質量流量Ｇｆは図２
（ｃ）の様に比例関係となる。
【００３１】この様に、燃料制御弁流路断面積を√（Ｔ
ｆ／Ｔbase）倍だけ補正することにより、燃料温度が変
化した場合でも燃料制御信号１４に対して所要の燃料質
量流量を燃焼器に供給することができる。すなわち、燃
料加熱によるガスタービン出力の変動や燃焼器火炎の失
火などを防止することができる。
ｆ／Ｔbase）倍だけ補正することにより、燃料温度が変
化した場合でも燃料制御信号１４に対して所要の燃料質
量流量を燃焼器に供給することができる。すなわち、燃
料加熱によるガスタービン出力の変動や燃焼器火炎の失
火などを防止することができる。
【００３２】本発明の他の一実施例を図３により説明す
る。本実施例が図１の実施例と異なるのは、検出した温
度信号１５を燃料制御装置１８に入力することなく、燃
料の基準絶対温度Ｔbaseに対する検出した絶対温度Ｔｆ
の比の平方根√（Ｔｆ／Ｔbase）を圧力指定信号１２に
掛け合わせている点である。式（１）からも分かるよう
に、燃料温度が増加すると燃料密度が小さくなるために
質量流量Ｇｆが必要量よりも小さくなる問題が生じる。
そこで、圧力指定信号１２に√（Ｔｆ／Ｔbase）を掛
け、燃料流量制御弁１の入口圧力を補正することによ
り、式（１）において温度によるＧｆの変化を無くして
いる。本実施例においても燃料制御信号１４と燃料質量
流量Ｇｆは図２（ｃ）の様に比例関係となり、図１の実
施例と同様の効果が得られる。
る。本実施例が図１の実施例と異なるのは、検出した温
度信号１５を燃料制御装置１８に入力することなく、燃
料の基準絶対温度Ｔbaseに対する検出した絶対温度Ｔｆ
の比の平方根√（Ｔｆ／Ｔbase）を圧力指定信号１２に
掛け合わせている点である。式（１）からも分かるよう
に、燃料温度が増加すると燃料密度が小さくなるために
質量流量Ｇｆが必要量よりも小さくなる問題が生じる。
そこで、圧力指定信号１２に√（Ｔｆ／Ｔbase）を掛
け、燃料流量制御弁１の入口圧力を補正することによ
り、式（１）において温度によるＧｆの変化を無くして
いる。本実施例においても燃料制御信号１４と燃料質量
流量Ｇｆは図２（ｃ）の様に比例関係となり、図１の実
施例と同様の効果が得られる。
【００３３】本発明の他の一実施例を図４により説明す
る。本実施例が図１の実施例と異なるのは、燃料加熱配
管系統に加えて燃料非加熱配管系統を併設している点で
ある。
る。本実施例が図１の実施例と異なるのは、燃料加熱配
管系統に加えて燃料非加熱配管系統を併設している点で
ある。
【００３４】加熱される燃料の供給配管系統に関して、
燃料配管４２を通して供給された燃料は燃料加熱器３０
により加熱され、配管９を通過し圧力調整弁２に供給さ
れ、配管１０を通過して燃料制御弁１で流量制御が行わ
れ、燃焼器３に供給される。加熱されない燃料の供給配
管系統に関して、燃料配管５４を通して供給された燃料
は圧力調整弁５３に供給され、配管５２を通過して燃料
制御弁５１で流量制御が行われ、燃焼器３に供給され
る。
燃料配管４２を通して供給された燃料は燃料加熱器３０
により加熱され、配管９を通過し圧力調整弁２に供給さ
れ、配管１０を通過して燃料制御弁１で流量制御が行わ
れ、燃焼器３に供給される。加熱されない燃料の供給配
管系統に関して、燃料配管５４を通して供給された燃料
は圧力調整弁５３に供給され、配管５２を通過して燃料
制御弁５１で流量制御が行われ、燃焼器３に供給され
る。
【００３５】燃料の温度が変化すると、燃料制御弁の弁
開度に対する燃料質量流量が異なってくるために、ま
た、弁を構成する材料の熱膨張のために高精度の燃料量
の調節が難しくなるために、ガスタービンの適切な制御
ができなくなる恐れがる。そこで、燃料非加熱用燃料配
管系統と、燃料加熱用燃料配管系統の２系統を併設し、
加熱燃料の温度が所定の温度に達するまでは非加熱燃料
を供給し、所定の温度に達すると、加熱燃料のみもしく
は両燃料を供給するという方法が有効となる。
開度に対する燃料質量流量が異なってくるために、ま
た、弁を構成する材料の熱膨張のために高精度の燃料量
の調節が難しくなるために、ガスタービンの適切な制御
ができなくなる恐れがる。そこで、燃料非加熱用燃料配
管系統と、燃料加熱用燃料配管系統の２系統を併設し、
加熱燃料の温度が所定の温度に達するまでは非加熱燃料
を供給し、所定の温度に達すると、加熱燃料のみもしく
は両燃料を供給するという方法が有効となる。
【００３６】一例として、起動時の運転制御方法を考え
る。ガスタービン速度が２０％に達するまでは、ガスタ
ービン起動用の補助動力によりガスタービンを昇速す
る。燃料非加熱系統の圧力調整弁５３は、圧力調整弁制
御装置（ａ）においてガスタービン速度信号２０に対し
て図５（ａ）に基づき、燃料制御弁５１入り口の圧力制
御を行う。燃料加熱系統の圧力調整弁２は、圧力調整弁
制御装置（ｂ）においてガスタービン速度信号２０に対
して図５（ｂ）に基づき、燃料制御弁１入口の圧力制御
を行う。
る。ガスタービン速度が２０％に達するまでは、ガスタ
ービン起動用の補助動力によりガスタービンを昇速す
る。燃料非加熱系統の圧力調整弁５３は、圧力調整弁制
御装置（ａ）においてガスタービン速度信号２０に対し
て図５（ａ）に基づき、燃料制御弁５１入り口の圧力制
御を行う。燃料加熱系統の圧力調整弁２は、圧力調整弁
制御装置（ｂ）においてガスタービン速度信号２０に対
して図５（ｂ）に基づき、燃料制御弁１入口の圧力制御
を行う。
【００３７】燃料加熱器３０出口の燃料はタービン速度
が４０％に達するまでは圧力調整弁は閉状態であるか
ら、再循環用配管４０とポンプ４１により、燃料は燃料
加熱器を循環する。また、燃料制御信号４７は燃料制御
信号制御装置６３により、図５（ｃ）の様に制御され
る。ここで、タービン速度に対する加熱燃料の温度が図
５（ｄ）となる場合を考える。燃料の温度が燃料加熱系
統の十分な使用可能温度に達するタービン速度５０％ま
では、図５（ｃ）の燃料制御信号に基づき、非加熱燃料
配管系統のみで燃料を供給する。タービン速度が５０％
に達すると、非加熱燃料配管系統の燃料制御弁５１入り
口圧力と燃料制御信号は一定値となり、非加熱燃料の供
給量は一定となる。タービン速度が５０％以上となる
と、燃料制御信号制御装置６３から燃料制御弁制御装置
（ｂ）４へ燃料制御信号４５が流れ、図５（ｃ）に応じ
て燃料加熱燃料が燃焼器３に供給される。
が４０％に達するまでは圧力調整弁は閉状態であるか
ら、再循環用配管４０とポンプ４１により、燃料は燃料
加熱器を循環する。また、燃料制御信号４７は燃料制御
信号制御装置６３により、図５（ｃ）の様に制御され
る。ここで、タービン速度に対する加熱燃料の温度が図
５（ｄ）となる場合を考える。燃料の温度が燃料加熱系
統の十分な使用可能温度に達するタービン速度５０％ま
では、図５（ｃ）の燃料制御信号に基づき、非加熱燃料
配管系統のみで燃料を供給する。タービン速度が５０％
に達すると、非加熱燃料配管系統の燃料制御弁５１入り
口圧力と燃料制御信号は一定値となり、非加熱燃料の供
給量は一定となる。タービン速度が５０％以上となる
と、燃料制御信号制御装置６３から燃料制御弁制御装置
（ｂ）４へ燃料制御信号４５が流れ、図５（ｃ）に応じ
て燃料加熱燃料が燃焼器３に供給される。
【００３８】本実施例では、図５（ｄ）の燃料温度上昇
曲線に基づき、タービン速度５０％で両配管系統を切り
替えたが、この燃料温度上昇曲線は燃料加熱器の性能に
より異なるため、両配管系統を切り替えるタービン速度
も燃料加熱器の性能により異なる。
曲線に基づき、タービン速度５０％で両配管系統を切り
替えたが、この燃料温度上昇曲線は燃料加熱器の性能に
より異なるため、両配管系統を切り替えるタービン速度
も燃料加熱器の性能により異なる。
【００３９】本発明の他の一実施例を図６に示す。本実
施例が図１の実施例と異なるのは、燃料加熱器３０出口
配管に燃料温度検出器２０２と燃料を遮断するストップ
弁２００とストップ弁を制御するストップ弁制御装置２
０１を設置している点である。燃料温度検出器２０２で
検出された温度信号はストップ弁制御装置２０１に入力
される。ストップ弁制御装置２０１では燃料加熱器３０
の出口燃料温度と温度の時間変化率を常に算出してい
る。燃料温度や温度の時間変化率が許容範囲を越えた場
合、燃料制御弁制御装置４が正常に作動せず、過剰の燃
料が燃焼器に流入して燃焼器やさらにその下流のタービ
ンを損傷する可能性があるので、ストップ弁制御装置２
０１によりストップ弁２００を閉として、燃料の供給を
遮断する。
施例が図１の実施例と異なるのは、燃料加熱器３０出口
配管に燃料温度検出器２０２と燃料を遮断するストップ
弁２００とストップ弁を制御するストップ弁制御装置２
０１を設置している点である。燃料温度検出器２０２で
検出された温度信号はストップ弁制御装置２０１に入力
される。ストップ弁制御装置２０１では燃料加熱器３０
の出口燃料温度と温度の時間変化率を常に算出してい
る。燃料温度や温度の時間変化率が許容範囲を越えた場
合、燃料制御弁制御装置４が正常に作動せず、過剰の燃
料が燃焼器に流入して燃焼器やさらにその下流のタービ
ンを損傷する可能性があるので、ストップ弁制御装置２
０１によりストップ弁２００を閉として、燃料の供給を
遮断する。
【００４０】本発明の他の一実施例を図７に示す。本実
施例が図１の実施例と異なるのは、燃料加熱器３０出口
配管に燃料温度検出器２０２と燃料を大気に放出する配
管２０４と大気放出弁２０５と大気放出弁を制御する大
気放出弁制御装置２０５を設置している点である。燃料
温度検出器２０２で検出された温度信号は大気放出弁制
御装置２０５に入力される。大気放出弁制御装置２０５
では燃料加熱器３０の出口燃料温度と温度の時間変化率
を常に算出している。燃料温度や温度の時間変化率が許
容範囲を越えた場合、燃料制御弁制御装置４が正常に作
動せず、過剰の燃料が燃焼器に流入して燃焼器やさらに
その下流のタービンを損傷する可能性があるので、大気
放出弁制御装置２０５により大気放出弁２０３を開とし
て、燃料を大気へ放出し、燃焼器への燃料の供給を抑制
する。
施例が図１の実施例と異なるのは、燃料加熱器３０出口
配管に燃料温度検出器２０２と燃料を大気に放出する配
管２０４と大気放出弁２０５と大気放出弁を制御する大
気放出弁制御装置２０５を設置している点である。燃料
温度検出器２０２で検出された温度信号は大気放出弁制
御装置２０５に入力される。大気放出弁制御装置２０５
では燃料加熱器３０の出口燃料温度と温度の時間変化率
を常に算出している。燃料温度や温度の時間変化率が許
容範囲を越えた場合、燃料制御弁制御装置４が正常に作
動せず、過剰の燃料が燃焼器に流入して燃焼器やさらに
その下流のタービンを損傷する可能性があるので、大気
放出弁制御装置２０５により大気放出弁２０３を開とし
て、燃料を大気へ放出し、燃焼器への燃料の供給を抑制
する。
【００４１】本発明の他の一実施例を図８に示す。本実
施例は図１の実施例に燃料の加熱源を付加した場合であ
り、加熱源として補助ボイラー７０を用いている。補助
ボイラーへの給水は給水加熱器７４により加熱され、補
助ボイラーにより蒸気を発生する。発生した蒸気は燃料
加熱器３０で燃料と熱交換され、燃料加熱器３０を出た
蒸気は給水加熱器７４で給水と熱交換し、給水と合流す
る。本実施例では補助ボイラーで燃料を加熱することに
より、燃料温度の制御性が向上する。
施例は図１の実施例に燃料の加熱源を付加した場合であ
り、加熱源として補助ボイラー７０を用いている。補助
ボイラーへの給水は給水加熱器７４により加熱され、補
助ボイラーにより蒸気を発生する。発生した蒸気は燃料
加熱器３０で燃料と熱交換され、燃料加熱器３０を出た
蒸気は給水加熱器７４で給水と熱交換し、給水と合流す
る。本実施例では補助ボイラーで燃料を加熱することに
より、燃料温度の制御性が向上する。
【００４２】本発明の他の一実施例を図９に示す。本実
施例が図８の実施例と異なるのは、燃料加熱器８４をガ
スタービン排気ガスの出口に設置している点である。ガ
スタービン排気ガスの温度は高温であるので、燃料をか
なり高温まで加熱可能であり、また、燃料と排気ガスの
温度差を大きくできるので加熱器８４伝熱面積を小さく
することができる。さらに、ガスタービン単体のプラン
トであれば、排気ガスの熱回収に応じてかなりの効率向
上がはかれる。
施例が図８の実施例と異なるのは、燃料加熱器８４をガ
スタービン排気ガスの出口に設置している点である。ガ
スタービン排気ガスの温度は高温であるので、燃料をか
なり高温まで加熱可能であり、また、燃料と排気ガスの
温度差を大きくできるので加熱器８４伝熱面積を小さく
することができる。さらに、ガスタービン単体のプラン
トであれば、排気ガスの熱回収に応じてかなりの効率向
上がはかれる。
【００４３】本発明の他の一実施例を図１０に示す。本
実施例が図８の実施例と異なるのは、燃料加熱を圧縮機
中間冷却器９３で行ってる点である。ガスタービン圧縮
機８１に中間冷却器９３を設けると、圧縮機の動力を軽
減できてプラント出力は増大する。しかし、中間冷却器
９３で生成される熱をプラント外に放出すると、効率は
低下してしまう。そこで、この熱を燃料に回収するとか
なりの効率向上がはかれる。
実施例が図８の実施例と異なるのは、燃料加熱を圧縮機
中間冷却器９３で行ってる点である。ガスタービン圧縮
機８１に中間冷却器９３を設けると、圧縮機の動力を軽
減できてプラント出力は増大する。しかし、中間冷却器
９３で生成される熱をプラント外に放出すると、効率は
低下してしまう。そこで、この熱を燃料に回収するとか
なりの効率向上がはかれる。
【００４４】本発明の他の一実施例を図１１に示す。本
実施例が図８の実施例と異なるのは、熱交換器１０９に
おいて、燃料をガスタービンの排熱回収ボイラー１０４
で生成される蒸気で加熱している点である。蒸気との熱
交換では燃料に引火する恐れがなく安全である。また、
燃料と熱水との熱交換も可能である。さらに、蒸気ター
ビンからの抽気蒸気の熱を燃料に回収したり、復水器の
冷却媒体として燃料を用いれば、より効率は向上する。
実施例が図８の実施例と異なるのは、熱交換器１０９に
おいて、燃料をガスタービンの排熱回収ボイラー１０４
で生成される蒸気で加熱している点である。蒸気との熱
交換では燃料に引火する恐れがなく安全である。また、
燃料と熱水との熱交換も可能である。さらに、蒸気ター
ビンからの抽気蒸気の熱を燃料に回収したり、復水器の
冷却媒体として燃料を用いれば、より効率は向上する。
【００４５】また、ガスタービン高温部を水，蒸気，空
気などの冷却媒体で冷却し、得られた冷却熱を燃料に回
収できればさらに効率は向上する。さらに、ガスタービ
ン高温部冷却媒体として燃料自体も考えられる。
気などの冷却媒体で冷却し、得られた冷却熱を燃料に回
収できればさらに効率は向上する。さらに、ガスタービ
ン高温部冷却媒体として燃料自体も考えられる。
【００４６】さらに燃料加熱源として、ガスタービン排
気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラーか
らの蒸気で駆動される蒸気タービンからの抽気蒸気を用
いることも考えられる。
気ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラーか
らの蒸気で駆動される蒸気タービンからの抽気蒸気を用
いることも考えられる。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、ガスタービンへ供給さ
れる気体燃料が加熱される燃料加熱ガスタービンプラン
トにおいて、燃料温度が変化する場合にもガスタービン
出力の変動や燃焼器火炎の失火を防止することができる
燃料加熱ガスタービンプラントを提供できる効果があ
る。
れる気体燃料が加熱される燃料加熱ガスタービンプラン
トにおいて、燃料温度が変化する場合にもガスタービン
出力の変動や燃焼器火炎の失火を防止することができる
燃料加熱ガスタービンプラントを提供できる効果があ
る。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】本発明の一実施例で示した特性図。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図４】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図５】本発明の他の実施例で示した特性図。
【図６】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図８】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図９】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図１０】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図１１】本発明の他の実施例を示す構成図。
１…燃料制御弁、２…圧力調整弁、３…燃焼器、４…燃
料制御弁制御装置、７…燃料温度検出器、８…燃料圧力
検出器、１２…圧力指定信号、１４…燃料制御信号、３
０…燃料加熱器。
料制御弁制御装置、７…燃料温度検出器、８…燃料圧力
検出器、１２…圧力指定信号、１４…燃料制御信号、３
０…燃料加熱器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐々木 俊彦
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式
会社 日立製作所 日立工場内
(56)参考文献 特開 平６−288258（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−46019（ＪＰ，Ａ)
実開 昭55−139232（ＪＰ，Ｕ)
特公 昭63−32838（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02C 3/22
F02C 7/224
F02C 9/00
F02C 9/28
F23R 3/28
F23K 5/00 302
F23N 1/00 104
Claims (4)
- 【請求項１】ガスタービン燃焼器へ気体燃料を供給する
ための燃料配管上に、燃料流量を調節する燃料制御弁と
該燃料制御弁の開度信号を生成する燃料制御装置とを備
え、前記燃料制御弁の上流側の燃料配管上に前記気体燃
料を加熱する燃料加熱装置と加熱後の燃料温度を検出す
る手段とを設け、検出した燃料温度を前記燃料制御装置
に入力する手段を具備した燃料加熱ガスタービンプラン
トであって、前記気体燃料のある基準絶対温度に対する
検出した絶対温度の比の平方根を該開度信号に掛け合わ
せて補正し、補正後の開度信号により流量制御を行うこ
とを特徴とする燃料加熱ガスタービンプラント。 - 【請求項２】ガスタービン燃焼器へ気体燃料を供給する
ための燃料配管上に、燃料流量を調節する燃料制御弁と
該燃料制御弁の開度信号を生成する燃料制御装置とを備
え、前記燃料制御弁の上流側の燃料配管上に前記気体燃
料を加熱する燃料加熱装置と加熱後の燃料温度を検出す
る手段とを設け、さらに、燃料制御弁入口の圧力を調整
する圧力調節装置と前記燃料制御弁入口の圧力を検出す
る装置とを設け、圧力指定信号と検出した圧力信号との
偏差により前記圧力調節装置を制御する燃料加熱ガスタ
ービンプラントであって、前記気体燃料のある基準絶対
温度に対する検出した絶対温度の比の平方根を前記圧力
指定信号に掛けて補正し、補正後の圧力指定信号により
流量制御を行うことを特徴とする燃料加熱ガスタービン
プラント。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の燃料加熱ガスタービ
ンプラントであって、前記燃料加熱装置を具備した燃料
配管系統に加え、燃料加熱装置を設けない燃料配管系統
を併設することを特徴とする燃料加熱ガスタービンプラ
ント。 - 【請求項４】請求項１又は２記載の燃料加熱ガスタービ
ンプラントであって、前記燃料加熱装置の出口に燃料温
度を検出する手段と燃料供給を遮断するストップ弁とを
設け、検出した燃料温度及び／又は温度変化率が許容範
囲をはずれる場合に前記ストップ弁を閉にすることを特
徴とする燃料加熱ガスタービンプラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17229094A JP3500710B2 (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 燃料加熱ガスタービンプラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17229094A JP3500710B2 (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 燃料加熱ガスタービンプラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0835435A JPH0835435A (ja) | 1996-02-06 |
| JP3500710B2 true JP3500710B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=15939192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17229094A Expired - Lifetime JP3500710B2 (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | 燃料加熱ガスタービンプラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3500710B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7549293B2 (en) * | 2006-02-15 | 2009-06-23 | General Electric Company | Pressure control method to reduce gas turbine fuel supply pressure requirements |
| FR2944216B1 (fr) * | 2009-04-14 | 2011-06-03 | Snecma | Procede de detection d'un etat de givrage ou de besoin de maintenance d'un circuit de carburant de turbomachine |
| JP5241811B2 (ja) * | 2010-12-15 | 2013-07-17 | 中国電力株式会社 | ギャップ量監視装置 |
| GB2523324A (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-26 | Combined Cycle Enhancements Ltd | Improved fuel supply system for a gas turbine |
| JP2016113975A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンプラント制御装置およびガスタービンプラント制御方法 |
-
1994
- 1994-07-25 JP JP17229094A patent/JP3500710B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0835435A (ja) | 1996-02-06 |
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