JP4123126B2 - ガスタービン設備の燃料供給流量制御装置 - Google Patents

Description

ガス燃料を用いたガスタービン設備の燃料供給流量制御装置に関する。

従来の装置は、特許文献１に記載のように、燃料ガスの発熱量の変動に対し、発電機出力信号を利用し、出力偏差分を燃料供給流量制御装置のゲインとして使用することにより、発電機の出力変動を抑制する方式となっていた。もしくは特許文献２に記載のように、時系列的に変化する燃料の発熱量、比重をカロリーメータ等により測定し、発熱量補正により燃料流量を決定するか、または特許文献３に記載のように、副燃料ガスとの混合により発熱量を調整するなどして、燃料の安定供給を図っていた。

特開昭６４−８３２２号公報 特開平１１−２１０４９６号公報 特開平７−４２６７号公報

しかしこのような従来の方式では、燃料中に含まれる不活性ガス濃度の測定は行っていない。一般に天然ガスを燃料とする場合は、上記不活性ガスを含み、その濃度は一定でなく時系列的に変化する。上記不活性ガス濃度が増加すると、燃料が燃焼しにくくなり、安定燃焼限界となる燃料と空気の比（以降燃空比と記す）が高くなるため、ある燃料に対して一定の燃空比を設定している場合、拡散燃焼から予混合燃焼等に燃焼形態を切り替える際に、失火する可能性がある。これは燃料中の窒素濃度増加による発熱量減少によってのみ生じるものではなく、不活性ガスが安定燃焼を妨げることにも起因する。

本発明の目的は燃料ガスに含まれる不活性ガスが時系列的に変化する場合でも燃焼切替時等においても安定燃焼を行うことができるようにすることにある。

上記目的を達成するため、本発明では燃料中のＮ₂，ＣＯ₂等の不活性ガス濃度を燃料分析計で検出し、上記不活性ガス濃度測定値に基づき、拡散燃焼から予混合燃焼への切替時の燃空比を、安定燃焼となる燃空比の限界値に燃空比裕度を上乗せした値に補正して、燃料供給流量制御を行う。

以下、本発明の一実施例を図１により説明する。図示のガスタービン設備は、圧縮機部２より大気４を吸入圧縮し、高圧の燃焼用空気とする。さらに燃料供給ライン８より燃料を投入し、燃焼器３にて燃焼させる。燃焼器３で発生した高温・高圧ガスは、タービン部１にて膨張仕事する。この膨張仕事で駆動力を得て、上記駆動力から圧縮機部２を駆動するのに必要な動力を差し引いた動力が、発電機部６の駆動力となる。ここで燃焼器３に燃料を投入する前に燃料分析計７にて不活性ガス濃度を測定し、この測定結果に基づき制御部９の信号に基づき燃料供給流量調整弁５の開度を制御し、燃料供給量を調整する。図２は、ある不活性ガス濃度（窒素濃度の例）に対し、安定燃焼となる燃空比の限界値の特性曲線を示す。この特性曲線に、適度の燃空比裕度を上乗せし、さらに測定された比重等
（図３参照）で補正した値を、拡散燃焼から予混合燃焼等への切替時の燃空比とし、燃料流量を決定する。

図３は、燃料中の不活性ガス濃度と燃料比重及び発熱量（ＬＨＶ）の相関関係を示すものである。燃料ガス中の不活性ガス濃度を測定することにより、この相関関係から燃料比重と発熱量の時系列的な変化を測定することができる。従って、燃料比重又は発熱量を燃料供給量制御に用いる場合にはこの測定した不活性ガス濃度を利用することができる。

上述の実施例によれば、燃料中の不活性ガスの時系列的な変化がある場合でも、適量な燃料を投入することができ、燃焼切替時においても安定燃焼を行うことができる。

本発明の一実施例のガスタービン設備における燃料系統図である。 本発明の実施例における不活性ガス（窒素）濃度と安定燃焼となる燃空比の関係図である。 本発明の実施例における不活性ガス（窒素）濃度と、発熱量，燃料比重との相関関係図である。

符号の説明

１…タービン部、２…圧縮機部、３…燃焼器、４…大気、５…燃料供給流量調整弁、６…発電機部、７…燃料分析計、８…燃料供給ライン。

Claims (2)

1. ガス燃料を用いた、拡散燃焼から予混合燃焼に燃焼形態を切り替えるガスタービン設備において、ガス燃料中の不活性ガス濃度を測定し、上記不活性ガス濃度に基づき、拡散燃焼から予混合燃焼への切替時の燃空比を、安定燃焼となる燃空比の限界値に燃空比裕度を上乗せした値に補正して、ガス燃料供給流量を制御するようにしたことを特徴とするガスタービン設備の燃料供給流量制御装置。
2. 請求項１に記載のガスタービン設備の燃料供給流量制御装置において、測定した不活性ガス濃度と、燃料比重および発熱量の相関関係から、上記燃料比重と発熱量の時系列的な変化を測定し、ガス燃料供給量を制御することを特徴とするガスタービン設備の燃料供給流量制御装置。

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