JP3537835B2 - ガスタービンの制御方法 - Google Patents
ガスタービンの制御方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの制御方法
に係り、特にガスタービンの予混合燃焼部における燃空
比の制御方法に関する。
に係り、特にガスタービンの予混合燃焼部における燃空
比の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの制御方法に関する従来技
術の例を、図を用いて説明する。図３は従来例のガスタ
ービンの制御方法の説明図であり、１は空気、２は空気
圧縮機、３ａ、３ｂは燃料、４は燃焼器、５は燃焼ガ
ス、６はタービン部、７は入口案内翼、８は負荷指令信
号、９は燃料流量指令信号、１０は制御装置、１１は燃
料流量制御弁、１２は排気ガス、１３は１段目燃焼部、
１４は２段目燃焼部、１５は２段目燃焼部への空気、１
６は燃料ノズル、１７は混合器、１８は空気流量制御機
構、１９は圧縮空気、２０は１段目燃焼部への空気、２
１は冷却用空気、２２は圧縮空気の温度又は圧力の信
号、２３は関数発生器、２４は排気ガス温度設定値信
号、２５は比較器、２６は制御値信号、２７は比例−積
分−微分器、２８は入口案内翼開度指令信号、２９は入
口案内翼駆動装置を示している。
術の例を、図を用いて説明する。図３は従来例のガスタ
ービンの制御方法の説明図であり、１は空気、２は空気
圧縮機、３ａ、３ｂは燃料、４は燃焼器、５は燃焼ガ
ス、６はタービン部、７は入口案内翼、８は負荷指令信
号、９は燃料流量指令信号、１０は制御装置、１１は燃
料流量制御弁、１２は排気ガス、１３は１段目燃焼部、
１４は２段目燃焼部、１５は２段目燃焼部への空気、１
６は燃料ノズル、１７は混合器、１８は空気流量制御機
構、１９は圧縮空気、２０は１段目燃焼部への空気、２
１は冷却用空気、２２は圧縮空気の温度又は圧力の信
号、２３は関数発生器、２４は排気ガス温度設定値信
号、２５は比較器、２６は制御値信号、２７は比例−積
分−微分器、２８は入口案内翼開度指令信号、２９は入
口案内翼駆動装置を示している。
【０００３】ガスタービンは、外気から取り入れた空気
１を圧縮する空気圧縮機２、空気１に混合した燃料３
ａ、３ｂを燃焼させる燃焼器４、及びこのときに発生す
る燃焼ガス５により、回されて仕事をするタービン部６
とから構成される。
１を圧縮する空気圧縮機２、空気１に混合した燃料３
ａ、３ｂを燃焼させる燃焼器４、及びこのときに発生す
る燃焼ガス５により、回されて仕事をするタービン部６
とから構成される。
【０００４】燃料３ａ、３ｂの流量は、要求の負荷指令
信号８により制御装置１０から燃料流量指令信号９が発
せられ、燃料流量制御弁１１が制御されて、必要量が燃
焼器４内に流入される。
信号８により制御装置１０から燃料流量指令信号９が発
せられ、燃料流量制御弁１１が制御されて、必要量が燃
焼器４内に流入される。
【０００５】燃焼器４には、低ＮＯｘ化を図った予混合
燃焼方式の低ＮＯｘ燃焼器が採用されており、燃焼器４
は１段目燃焼部１３と２段目燃焼部１４とから構成さ
れ、１段目燃焼部へは燃料３ａが、２段目燃焼部へは燃
料３ｂが、それぞれ供給される。
燃焼方式の低ＮＯｘ燃焼器が採用されており、燃焼器４
は１段目燃焼部１３と２段目燃焼部１４とから構成さ
れ、１段目燃焼部へは燃料３ａが、２段目燃焼部へは燃
料３ｂが、それぞれ供給される。
【０００６】２段目燃焼部１４は、２段目燃焼部への空
気１５と燃料ノズル１６からの燃料３ｂが混合器１７に
おいて混合される予混合方式となっている。
気１５と燃料ノズル１６からの燃料３ｂが混合器１７に
おいて混合される予混合方式となっている。
【０００７】空気圧縮機２へ流入する空気１は、空気圧
縮機２の入口に設けられた入口案内翼７を通って吸い込
まれ、空気圧縮機２への空気流量は入口案内翼７により
制御される。
縮機２の入口に設けられた入口案内翼７を通って吸い込
まれ、空気圧縮機２への空気流量は入口案内翼７により
制御される。
【０００８】すなわち、入口案内翼７は翼開度が可変で
あり、必要に応じ翼開度を変え、空気圧縮機２に流入す
る空気１の流量が制御される。
あり、必要に応じ翼開度を変え、空気圧縮機２に流入す
る空気１の流量が制御される。
【０００９】空気１は空気圧縮機２で昇圧され、圧縮空
気１９となって燃焼器４へ導かれ、ここで燃料３と混合
されて燃焼し、このとき発生する燃焼ガス５が、タービ
ン部６へ流入する。
気１９となって燃焼器４へ導かれ、ここで燃料３と混合
されて燃焼し、このとき発生する燃焼ガス５が、タービ
ン部６へ流入する。
【００１０】圧縮空気１９は、１段目燃焼部への空気２
０と２段目燃焼部への空気１５、及び冷却用空気２１に
分かれて供給される。
０と２段目燃焼部への空気１５、及び冷却用空気２１に
分かれて供給される。
【００１１】２段目燃焼部への空気１５の流量は、燃料
３ｂの流量に応じて、空気流量制御機構１８及び入口案
内翼７により所定の燃空比になるように制御される。
３ｂの流量に応じて、空気流量制御機構１８及び入口案
内翼７により所定の燃空比になるように制御される。
【００１２】すなわち、２段目燃焼部への空気１５の流
量は、燃料流量指令信号９により空気流量制御機構１８
が稼動して制御されるが、これは局所的であり、空気圧
縮機２への空気流量は、燃焼器４の出口の燃焼ガス５が
所定の温度となるように制御される。
量は、燃料流量指令信号９により空気流量制御機構１８
が稼動して制御されるが、これは局所的であり、空気圧
縮機２への空気流量は、燃焼器４の出口の燃焼ガス５が
所定の温度となるように制御される。
【００１３】上記において、燃料３ａ、３ｂの流量変化
により、燃焼器４内の燃焼ガス５の温度が変化するが、
タービン部６の部品の耐熱温度の制約からタービン部６
の上限界温度が設定されており、タービン部６が上限界
温度に達した場合、入口案内翼７が動作して空気圧縮機
２の入口における空気１の流量を制御し、タービン部６
が上限界温度以下になるように制御される。
により、燃焼器４内の燃焼ガス５の温度が変化するが、
タービン部６の部品の耐熱温度の制約からタービン部６
の上限界温度が設定されており、タービン部６が上限界
温度に達した場合、入口案内翼７が動作して空気圧縮機
２の入口における空気１の流量を制御し、タービン部６
が上限界温度以下になるように制御される。
【００１４】特に、ガスタービンと蒸気タービンを組合
わせた複合サイクル発電プラントの場合は、排気ガス１
２の温度を、より高く保持することがプラントの高効率
化につながることから、極力、入口案内翼７を絞って燃
空比（燃料流量／空気流量）を高め、タービン部６の温
度を上限界温度にできるだけ近づけるよう考慮されてい
る。具体的には、燃焼ガス５の温度の代りに、燃焼ガス
５の温度と密接な関係のある排気ガス１２の温度を計測
し、制御している。
わせた複合サイクル発電プラントの場合は、排気ガス１
２の温度を、より高く保持することがプラントの高効率
化につながることから、極力、入口案内翼７を絞って燃
空比（燃料流量／空気流量）を高め、タービン部６の温
度を上限界温度にできるだけ近づけるよう考慮されてい
る。具体的には、燃焼ガス５の温度の代りに、燃焼ガス
５の温度と密接な関係のある排気ガス１２の温度を計測
し、制御している。
【００１５】負荷指令信号８が発せられると、非常に短
時間で燃料流量制御弁１１が適切な開度に制御され、２
段目燃焼部への空気１５の流量制御は、空気流量制御機
構１８により燃料流量制御弁１１の場合と同様に迅速に
行われる。
時間で燃料流量制御弁１１が適切な開度に制御され、２
段目燃焼部への空気１５の流量制御は、空気流量制御機
構１８により燃料流量制御弁１１の場合と同様に迅速に
行われる。
【００１６】一方、入口案内翼７の開度は、排気ガス１
２の温度を計測し、この温度を基に制御される。すなわ
ち、燃料３ａ，３ｂの流量の変化が、燃焼ガス５の温度
の変化、次いで排気ガス１２の温度の変化となり、排気
ガス１２の温度が計測されて、初めて、２段目燃焼部へ
の空気１５、及び１段目燃焼部への空気２０の各流量が
制御される。
２の温度を計測し、この温度を基に制御される。すなわ
ち、燃料３ａ，３ｂの流量の変化が、燃焼ガス５の温度
の変化、次いで排気ガス１２の温度の変化となり、排気
ガス１２の温度が計測されて、初めて、２段目燃焼部へ
の空気１５、及び１段目燃焼部への空気２０の各流量が
制御される。
【００１７】具体的には、圧縮空気の温度又は圧力の信
号２２により、予め排気ガス１２の温度の上限界値を設
定しておき、これを関数発生器２３として組み込み、排
気ガス温度設定値信号２４が発せられる。
号２２により、予め排気ガス１２の温度の上限界値を設
定しておき、これを関数発生器２３として組み込み、排
気ガス温度設定値信号２４が発せられる。
【００１８】この設定値と実際の排気ガス１２の温度と
の偏差を比較器２５で比較し、偏差値を制御値２６とし
て出力し、比例−積分−微分器２７を介して入口案内翼
開度指令信号２８となって、入口案内翼駆動装置２９を
作動させている。
の偏差を比較器２５で比較し、偏差値を制御値２６とし
て出力し、比例−積分−微分器２７を介して入口案内翼
開度指令信号２８となって、入口案内翼駆動装置２９を
作動させている。
【００１９】なお、本発明に関連する技術は、例えば、
特開昭５８−３８３２８号公報に開示されている。
特開昭５８−３８３２８号公報に開示されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術では、燃料流量変化に遅れて空気流量を変化させるこ
とになり、燃空比が一時的にずれる。このため、特に負
荷が減少状態にある負荷変動時においては、燃空比が低
くなる傾向にあり、予混合燃焼方式を採用している低Ｎ
Ｏｘ燃焼器では、燃焼が不安定になる。
術では、燃料流量変化に遅れて空気流量を変化させるこ
とになり、燃空比が一時的にずれる。このため、特に負
荷が減少状態にある負荷変動時においては、燃空比が低
くなる傾向にあり、予混合燃焼方式を採用している低Ｎ
Ｏｘ燃焼器では、燃焼が不安定になる。
【００２１】本発明の目的は、低ＮＯｘ燃焼器を有する
ガスタービンにおいて、負荷が減少する負荷変動時の燃
空比が小さくなる場合、不安定になりやすい燃焼器の燃
焼を、安定燃焼を確保できるように改善することであ
る。
ガスタービンにおいて、負荷が減少する負荷変動時の燃
空比が小さくなる場合、不安定になりやすい燃焼器の燃
焼を、安定燃焼を確保できるように改善することであ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。
して達成することができる。
【００２３】（１）燃焼器に流入する燃料及び空気の各
流量を制御し、入口案内翼開度指令信号を受けて空気圧
縮機への空気流量を制御するガスタービンの制御方法に
おいて、燃料の流量が減少する時に限り入口案内翼開度
閉指令信号を発生させ、空気圧縮機への空気流量を絞る
方向に制御すること。
流量を制御し、入口案内翼開度指令信号を受けて空気圧
縮機への空気流量を制御するガスタービンの制御方法に
おいて、燃料の流量が減少する時に限り入口案内翼開度
閉指令信号を発生させ、空気圧縮機への空気流量を絞る
方向に制御すること。
【００２４】（２）（１）において、燃料の流量の減少
を、一時遅れ器と加算器との組み合わせたものを用いて
検出すること。
を、一時遅れ器と加算器との組み合わせたものを用いて
検出すること。
【００２５】
【作用】燃料流量指令信号を一時遅れの回路を通して取
り込み、更に燃料流量指令信号を直接に取り込み、両者
の信号の差から、燃料流量指令信号が燃料の流量が減少
状態にある場合、この状態を一時遅れ器と加算器との組
み合わせたものを用いて検出できるようにしてある。
り込み、更に燃料流量指令信号を直接に取り込み、両者
の信号の差から、燃料流量指令信号が燃料の流量が減少
状態にある場合、この状態を一時遅れ器と加算器との組
み合わせたものを用いて検出できるようにしてある。
【００２６】したがって、上記の両者の信号の差の大き
さに応じて、空気圧縮機の入口案内翼の開度を閉方向へ
先行制御でき、燃空比の一時的な低下による燃焼の不安
定を防止することができる。
さに応じて、空気圧縮機の入口案内翼の開度を閉方向へ
先行制御でき、燃空比の一時的な低下による燃焼の不安
定を防止することができる。
【００２７】
【実施例】本発明の一実施例を、図１及び図２を用いて
説明する。
説明する。
【００２８】図１は、本発明のガスタービンの制御方法
の説明図、図２はガスタービンの制御に関する本発明と
従来例との比較図であり、３０は一時遅れ器、３１は一
時遅れを含んだ燃料流量指令信号、３２は加算器、３３
は入口案内翼の開度閉指令信号を示しており、そのほか
は前出の符号である。
の説明図、図２はガスタービンの制御に関する本発明と
従来例との比較図であり、３０は一時遅れ器、３１は一
時遅れを含んだ燃料流量指令信号、３２は加算器、３３
は入口案内翼の開度閉指令信号を示しており、そのほか
は前出の符号である。
【００２９】制御装置１０から発せられる燃料流量指令
信号９を一時遅れ器３０を通して一時遅れを含んだ燃料
流量指令信号３１とし、これをマイナス値として制御装
置１０からの燃料指令信号９のプラス値とを加算器３２
を用いて加算している。
信号９を一時遅れ器３０を通して一時遅れを含んだ燃料
流量指令信号３１とし、これをマイナス値として制御装
置１０からの燃料指令信号９のプラス値とを加算器３２
を用いて加算している。
【００３０】上記の加算値が負の値であれば、燃料流量
が減少の傾向にあり、零の場合は燃料流量が一定、正の
値の場合は燃料流量が増加傾向にあるものとみなしてい
る。燃料流量指令信号９が燃料流量の減少を示している
ときは、この減少の量に見合うように予め開度が設定さ
れた入口案内翼の開度閉指令信号３３を、排気ガス１２
の温度の設定値からの偏差から発せられる制御値信号２
６が出力される以前に、先行して、比例−積分−微分器
２７の微分値として介入させ、入口案内翼開度指令信号
２８となって入口案内翼駆動装置２９を作動させてい
る。
が減少の傾向にあり、零の場合は燃料流量が一定、正の
値の場合は燃料流量が増加傾向にあるものとみなしてい
る。燃料流量指令信号９が燃料流量の減少を示している
ときは、この減少の量に見合うように予め開度が設定さ
れた入口案内翼の開度閉指令信号３３を、排気ガス１２
の温度の設定値からの偏差から発せられる制御値信号２
６が出力される以前に、先行して、比例−積分−微分器
２７の微分値として介入させ、入口案内翼開度指令信号
２８となって入口案内翼駆動装置２９を作動させてい
る。
【００３１】この場合、入口案内翼の開度閉指令信号３
３が、比例−積分−微分器２７の微分値として入力され
るため、入口案内翼７の制御速度が速くなり、結果とし
て燃料流量の減少に対する入口案内翼７の開度の追従が
速くなる。
３が、比例−積分−微分器２７の微分値として入力され
るため、入口案内翼７の制御速度が速くなり、結果とし
て燃料流量の減少に対する入口案内翼７の開度の追従が
速くなる。
【００３２】すなわち、空気流量が燃料流量に対応して
減少し、燃空比のずれを防止することができる。
減少し、燃空比のずれを防止することができる。
【００３３】次に、ガスタービンの制御に関する本発明
と従来例との比較を、図２を用いて説明する。
と従来例との比較を、図２を用いて説明する。
【００３４】図２に示すように、負荷指令に基づく燃料
流量指令信号が時間の経過とともに変化した場合、燃料
流量指令信号が燃料流量の減少を示しているときは、入
口案内翼の開度は、本発明では、実線で示すようにほぼ
燃料流量指令信号と同期して変化し、空気流量を減少さ
せることができる。
流量指令信号が時間の経過とともに変化した場合、燃料
流量指令信号が燃料流量の減少を示しているときは、入
口案内翼の開度は、本発明では、実線で示すようにほぼ
燃料流量指令信号と同期して変化し、空気流量を減少さ
せることができる。
【００３５】したがって、燃空比の減少を抑えることが
でき、燃焼不安定域への突入を防止することができる。
でき、燃焼不安定域への突入を防止することができる。
【００３６】なお、燃料流量指令信号が燃料流量の増加
を示してある場合は、入口案内翼の追従は従来と同一で
あるが、燃空比としては増加傾向となり燃焼安定側であ
り運転への支障はない。
を示してある場合は、入口案内翼の追従は従来と同一で
あるが、燃空比としては増加傾向となり燃焼安定側であ
り運転への支障はない。
【００３７】一方、従来例では、図中の破線で示した状
態となり、燃料流量指令信号が燃料流量の減少を示して
ある場合は、入口案内翼の開度制御の追従が遅れるた
め、燃料流量の減少に対する空気流量の減少が遅く、燃
空比が一時的に燃焼不安定域に突入する傾向にある。
態となり、燃料流量指令信号が燃料流量の減少を示して
ある場合は、入口案内翼の開度制御の追従が遅れるた
め、燃料流量の減少に対する空気流量の減少が遅く、燃
空比が一時的に燃焼不安定域に突入する傾向にある。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、低NOｘ燃焼器を有する
ガスタービンにおいて、燃料流量が減少するとき、燃空
比のずれにより発生する燃焼器の燃焼不安定を防止する
ことができ、また燃料流量が増加するとき、燃空比を増
加傾向とすることができ、安定した運転を継続すること
ができる。
ガスタービンにおいて、燃料流量が減少するとき、燃空
比のずれにより発生する燃焼器の燃焼不安定を防止する
ことができ、また燃料流量が増加するとき、燃空比を増
加傾向とすることができ、安定した運転を継続すること
ができる。
【図１】本発明の一実施例のガスタービンの制御方法の
説明図である。
説明図である。
【図２】ガスタービンの制御に関する本発明と従来例と
の比較図である。
の比較図である。
【図３】従来例のガスタービンの制御方法の説明図であ
る。
る。
１…空気、２…空気圧縮機、３ａ、３ｂ…燃料、６…タ
ービン部、９…燃料流量指令信号、３０…一時遅れ器、
３２…加算器。
ービン部、９…燃料流量指令信号、３０…一時遅れ器、
３２…加算器。
フロントページの続き
(72)発明者 志村 明
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
(72)発明者 鷹羽 稔
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
(72)発明者 高橋 正衛
茨城県日立市大みか町五丁目２番１号
株式会社日立製作所大みか工場内
(72)発明者 高橋 浩二
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 昭60−45734（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−38328（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−43223（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−182425（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 燃焼器に流入する燃料及び空気の各流量
を制御し、ガスタービンの排気ガス温度に応じて発せら
れる入口案内翼開度指令信号を受けて空気圧縮機への空
気流量を制御するガスタービンの制御方法において、前
記空気圧縮機への流入空気流量を制御するに際し、前記
燃料の流量が増加状態にある場合はガスタービンの排気
ガス温度に応じて入口案内翼開度指令信号を発生させ、
前記燃料の流量が減少する時に限り入口案内翼開度閉指
令信号を発生させ、前記空気圧縮機への空気流量を絞る
方向に制御することを特徴とするガスタービンの制御方
法。 - 【請求項２】 前記燃料の流量の減少を、一時遅れ器と
加算器との組み合わせたものを用いて検出する請求項１
記載のガスタービンの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05497392A JP3537835B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | ガスタービンの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05497392A JP3537835B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | ガスタービンの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05256166A JPH05256166A (ja) | 1993-10-05 |
| JP3537835B2 true JP3537835B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=12985602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05497392A Expired - Lifetime JP3537835B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | ガスタービンの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537835B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19531562A1 (de) * | 1995-08-28 | 1997-03-06 | Abb Management Ag | Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage |
| JP2010025069A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Hitachi Ltd | ２軸式ガスタービンシステムの制御装置 |
| JP2010285955A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンの制御装置及び発電システム |
| JP5640227B2 (ja) * | 2011-02-04 | 2014-12-17 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン発電プラントの制御装置 |
| WO2012173560A1 (en) | 2011-06-13 | 2012-12-20 | Euroturbine Ab | Power generation plant and method of operating a power generation plant |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5838328A (ja) * | 1981-08-28 | 1983-03-05 | Hitachi Ltd | インレツトガイドベ−ン制御装置 |
| US4529887A (en) * | 1983-06-20 | 1985-07-16 | General Electric Company | Rapid power response turbine |
| JPS6143223A (ja) * | 1984-08-03 | 1986-03-01 | Hitachi Ltd | 環境対策型ガスタ−ビン |
-
1992
- 1992-03-13 JP JP05497392A patent/JP3537835B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05256166A (ja) | 1993-10-05 |
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