JP4918436B2

JP4918436B2 - ガスタービン燃料ガス供給装置

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Publication number: JP4918436B2
Application number: JP2007225091A
Authority: JP
Inventors: 聡史田中; 浩史田邉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: JP2009057883A

Description

本発明は燃料ガスを昇圧してガスタービンの燃焼器へ供給するためのガスタービン燃料ガス供給装置に関する。

ガスタービン用の燃料ガスを燃料ガス供給会社から購入する折、当該燃料ガスは必ずしもガスタービンにとって望ましい圧力にはなっていない。このため、ガスタービンに装備されている燃料ガス供給装置では、ガスコンプレッサーを用いて前記燃料ガス供給会社から購入した燃料ガスを、ガスタービンにとって望ましい圧力に昇圧した後にガスタービンの燃焼器へ供給するようになっている。

図３は１台のガスコンプレッサーを備えた従来のガスタービン燃料ガス供給装置の構成図である。図３に示すように、ガスタービン１はタービン本体２、燃焼器３、エアコンプレッサー４、発電機５及び排ガスダクト６などを有するとともに、ガスタービン燃料ガス供給装置７も装備されている。ガスタービン燃料ガス供給装置７は、燃料ガス供給ライン８に設置されたガスコンプレッサー９、ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター１０及び燃料ガス流量調節弁１１と、再循環ライン１２に設置されたガスコンプレッサー再循環弁１３と、制御装置１４とを備えている。ガスコンプレッサー９は図示しない燃料ガス供給会社の燃料ガス供給装置との取り合い点（接続点）と燃焼器３の入口との間に設けられている。

このガスタービン燃料ガス供給装置７では燃料ガス供給会社の燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスを、ガスコンプレッサー９でガスタービン１にとって望ましい圧力に昇圧した後に燃焼器３へ供給する必要がある。また、ガスタービン１の燃料ガス消費量（燃焼器３へ供給される燃料ガス流量）は、燃料ガス流量調節弁１１で調整されて、起動時及び発電機出力が低いときには少なく、発電機出力が高いときには多くなる。

このため、ガスタービン燃料ガス供給装置７では制御装置１４によって再循環弁１３を制御することにより、ガスコンプレッサー９がサージングによって壊れることなく、且つ、燃焼器３の入口の燃料ガス圧力をガスタービン１にとって望ましい圧力に保つようにしていた。具体的には、圧力トランスミッター１０でガスコンプレッサー９の吐出圧力を検出して、吐出圧力検出信号を制御装置１４へ伝送する。そして、制御装置１４では圧力トランスミッター１０の吐出圧力検出信号に基づき、例えばガスコンプレッサー９の吐出圧力が規定値以上に高くなると、ガスコンプレッサー再循環弁１３の弁開度を大きくして前記吐出圧力の上昇を抑える。

ところが、このガスタービン燃料ガス供給装置７ではガスコンプレッサー９が異常になって停止すると、ガスタービン１が即座にトリップする。ガスタービンユーザーにとってガスタービン１がトリップすることによる経済的損失は非常に大きい。

このため、２台のガスコンプレッサーを設置して運転切り替えを可能にすることが要求されていた。図４は２台のガスコンプレッサーを備えた従来のガスタービン燃料ガス供給装置の構成図である。

図４に示すように、ガスタービン１にはガスタービン燃料ガス供給装置２１が装備されており、このガスタービン燃料ガス供給装置２１は、燃料ガス供給ライン２２の分岐ライン２２Ａ，２２Ｂのそれぞれに設置された２台のガスコンプレッサー２３，２４及び逆止弁２５，２６と、燃料ガス供給ライン２２に設置されたガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター２７及び燃料ガス流量調節弁２８と、再循環ライン２９，３０のそれぞれに設置されたガスコンプレッサー再循環弁３１，３２と、制御装置３３とを備えている。

このガスタービン燃料ガス供給装置２１では、並設された２台のガスコンプレッサー２３，２４のうちの何れか１台が運転された状態で上記と同様の圧力制御が行われる。例えば第１ガスコンプレッサー２３が運転状態で第２ガスコンプレッサー２４が停止状態の場合、圧力トランスミッター２７でガスコンプレッサー２３の吐出圧力を検出して、吐出圧力検出信号を制御装置３３へ伝送し、制御装置３３では圧力トランスミッター１０の吐出圧力検出信号に基づいてガスコンプレッサー再循環弁３１の弁開度制御を行うことにより、前記吐出圧力が目標圧力となるように制御する。そして、このときに第１ガスコンプレッサー２３の調子が悪くなると、第１ガスコンプレッサー２３から第２ガスコンプレッサー２４へのガスコンプレッサー運転切り替えが行われる。

特許第３４０３９６８号公報

しかしながら、上記従来のガスタービン燃料ガス供給装置２１では２台のガスコンプレッサー２３，２４を有していても、下記の理由から、ガスタービン１の運転中にガスコンプレッサー運転切り替えを行うことができなかった。
（１）運転中のガスコンプレッサー２３を停止すると、即座にガスコンプレッサー２３の吐出圧力（燃焼器３の入口の燃料ガス圧力）が低下して、燃焼器３における燃料ガスの燃焼が不安定になるため、ガスタービン１はトリップする。
（２）停止中のガスコンプレッサー２４を起動して、ガスコンプレッサー２３，２４の２台運転状態にすると、ガスコンプレッサー２３，２４の吐出圧力（燃焼器３の入口の燃料ガス圧力）が急上昇して、燃焼器３における燃料ガスの燃焼が不安定になるため、ガスタービン１はトリップする。

このように従来のガスタービン燃料ガス供給装置２１では燃焼器３の入口の燃料ガス圧力の振れ（変動）を小さく抑えて、ガスコンプレッサー運転切り替えを行うことが難しかった。このため、ガスタービン１を一旦止めてからガスコンプレッサー２３，２４の運転切り替えを行い、その後にガスタービン１を再起動するという方法を採らざるを得なかった。

従って本発明は上記の事情に鑑み、ガスタービン運転中にガスコンプレッサーの運転切り替えを行うことができるガスタービン燃料ガス供給装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明のガスタービン燃料ガス供給装置は、燃料ガスを昇圧してガスタービンの燃焼器へ供給するためのガスタービン燃料ガス供給装置において、
前記燃料ガスを昇圧するために並設された第１ガスコンプレッサー及び第２ガスコンプレッサーと、
前記第１ガスコンプレッサーの下流側に設置され、前記第１ガスコンプレッサーの吐出圧力を検出する第１吐出圧力検出手段と、
前記第２ガスコンプレッサーの下流側に設置され、前記第２ガスコンプレッサーの吐出圧力を検出する第２吐出圧力検出手段と、
前記第１吐出圧力検出手段の下流側に設置された第１ガスコンプレッサー出口弁と、
前記第２吐出圧力検出手段の下流側に設置された第２ガスコンプレッサー出口弁と、
前記第１ガスコンプレッサーから吐出された燃料ガスを前記第１ガスコンプレッサーの吸込み側へと戻す第１ガスコンプレッサー再循環弁と、
前記第２ガスコンプレッサーから吐出された燃料ガスを前記第２ガスコンプレッサーの吸込み側へと戻す第２ガスコンプレッサー再循環弁と、
前記第１及び第２のガスコンプレッサー再循環弁の弁開度を制御することによって前記第１及び第２のガスコンプレッサーの吐出圧力が目標圧力となるように制御するガスコンプレッサー吐出圧力制御と、ガスコンプレッサー運転切り替え制御とを行なう制御装置とを備えており、
この制御装置では、
運転状態の前記第１ガスコンプレッサーから停止状態の前記第２ガスコンプレッサーへの運転切り替えを行う場合には、前記第１ガスコンプレッサー出口弁は全開、前記第１ガスコンプレッサー再循環弁は吐出圧力制御、前記第２ガスコンプレッサー出口弁は全閉及び前記第２ガスコンプレッサー再循環弁は全閉の状態から、前記第２ガスコンプレッサーを起動させ、前記第２ガスコンプレッサー再循環弁を吐出圧力制御状態とし且つ前記第２ガスコンプレッサー出口弁を徐々に開けていき、前記第２ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全開になると前記第１ガスコンプレッサー出口弁を徐々に閉めていき、前記第１ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全閉になると前記第１ガスコンプレッサーを停止させ且つ前記第１ガスコンプレッサー再循環弁を全閉とするように制御する一方、
運転状態の前記第２ガスコンプレッサーから停止状態の前記第１ガスコンプレッサーへの運転切り替えを行う場合には、前記第２ガスコンプレッサー出口弁は全開、前記第２ガスコンプレッサー再循環弁は吐出圧力制御、前記第１ガスコンプレッサー出口弁は全閉及び前記第１ガスコンプレッサー再循環弁は全閉の状態から、前記第１ガスコンプレッサーを起動させ、前記第１ガスコンプレッサー再循環弁を吐出圧力制御状態とし且つ前記第１ガスコンプレッサー出口弁を徐々に開けていき、前記第１ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全開になると前記第２ガスコンプレッサー出口弁を徐々に閉めていき、前記第２ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全閉になると前記第２ガスコンプレッサーを停止させ且つ前記第２ガスコンプレッサー再循環弁を全閉とするように制御することを特徴とする。

本発明のガスタービン燃料ガス供給装置によれば、上記の如く、運転状態の前記第１ガスコンプレッサーから停止状態の前記第２ガスコンプレッサーへの運転切り替えを行う場合には、前記第１ガスコンプレッサー出口弁は全開、前記第１ガスコンプレッサー再循環弁は吐出圧力制御、前記第２ガスコンプレッサー出口弁は全閉及び前記第２ガスコンプレッサー再循環弁は全閉の状態から、前記第２ガスコンプレッサーを起動させ、前記第２ガスコンプレッサー再循環弁を吐出圧力制御状態とし且つ前記第２ガスコンプレッサー出口弁を徐々に開けていき、前記第２ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全開になると前記第１ガスコンプレッサー出口弁を徐々に閉めていき、前記第１ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全閉になると前記第１ガスコンプレッサーを停止させ且つ前記第１ガスコンプレッサー再循環弁を全閉とするように制御する一方、運転状態の前記第２ガスコンプレッサーから停止状態の前記第１ガスコンプレッサーへの運転切り替えを行う場合には、前記第２ガスコンプレッサー出口弁は全開、前記第２ガスコンプレッサー再循環弁は吐出圧力制御、前記第１ガスコンプレッサー出口弁は全閉及び前記第１ガスコンプレッサー再循環弁は全閉の状態から、前記第１ガスコンプレッサーを起動させ、前記第１ガスコンプレッサー再循環弁を吐出圧力制御状態とし且つ前記第１ガスコンプレッサー出口弁を徐々に開けていき、前記第１ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全開になると前記第２ガスコンプレッサー出口弁を徐々に閉めていき、前記第２ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全閉になると前記第２ガスコンプレッサーを停止させ且つ前記第２ガスコンプレッサー再循環弁を全閉とするように制御することを特徴とするため、一連のガスコンプレッサー運転切り替え操作において、第１及び第２のガスコンプレッサー再循環弁による吐出圧力制御が行われ、且つ、第１及び第２のガスコンプレッサー出口弁の弁開度変化などの状態変化も緩やかであるため、ガスタービン燃焼器入口圧力の変動が非常に小さい。このため、燃焼器における燃料ガスの燃焼が不安定な状態に陥ることなく、ガスタービン運転中にガスコンプレッサーの運転切り替えを行うことができるようになり、より信頼性の高いガスタービンを製作することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態例に係るガスタービン燃料ガス供給装置の構成図、図２は前記ガスタービン燃料ガス供給装置におけるガスコンプレッサー運転切り替え時のタイミングチャートである。

図１に示すように、ガスタービン４１はタービン本体４２、燃焼器４３、エアコンプレッサー４４、発電機４５及び排気ガスダクト４６などを有している。

燃焼器４３ではガスタービン燃料ガス供給装置４７から供給される燃料ガスを、エアコンプレッサー４４から供給される圧縮空気とともに燃焼し、このときに発生する燃焼ガスをタービン本体４２に供給してタービン本体４２を回転駆動する。タービン本体４２から排出された燃焼ガス（排気ガス）は排気ガスダクト４６を流通し、図示しない排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）で熱回収された後、煙突から放散される。エアコンプレッサー４４及び発電機４５はタービン本体４２と同一の回転軸６４上に配置されているため、タービン本体４２によって回転駆動される。このときエアコンプレッサー４４では外気を吸入して圧縮し、この圧縮空気を前述の如く燃焼器４３へ供給する。発電機４５では発電し、この発電電力を図示しない電力系統に送電する。

そして、このガスタービン４１には本実施の形態例のガスタービン燃料ガス供給装置４７も装備されている。このガスタービン燃料ガス供給装置４７は燃料ガス供給ライン４８に設けられた第１及び第２のガスコンプレッサー４９，５０、第１及び第２の吐出圧力検出手段としての第１及び第２のガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１，５２、第１及び第２のガスコンプレッサー出口弁５３，５４、第１及び第２の逆止弁５５，５６、ガスタービン燃焼器入口圧力トランスミッター５７及び燃料ガス流量調節弁５８と、第１及び第２の再循環ライン５９，６０に設けられた第１及第２のガスコンプレッサー再循環弁６１，６２と、制御装置６３とを備えている。

燃料ガス供給ライン４８は燃料ガス流通方向の上流側（以下、単に上流側と称する）の分岐部４８ａにおいて第１分岐ライン４８Ａと第２分岐ライン４８Ｂとに分岐され、これらの分岐ライン４８Ａ，４８Ｂが燃料ガス流通方向の下流側（以下、単に下流側と称する）の接続部（合流部）４８ｂで接続されている。燃料ガス供給ライン４８の上流側は図示しない燃料ガス供給会社の燃料ガス供給装置に接続される一方、燃料ガス供給ライン４８の下流側は燃焼器４３に接続されている。

第１分岐ライン４８Ａには、上流側から下流側へと順に第１ガスコンプレッサー４９と、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１と、第１ガスコンプレッサー出口弁５３と、第１逆止弁５５とが設置されており、第２分岐ライン４８Ｂには、上流側から下流側へと順に第２ガスコンプレッサー５０と、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２と、第２ガスコンプレッサー出口弁５４と、第２逆止弁５６とが設置されている。また、接続部４８ｂよりも下流側において燃料ガス供給ライン４８には、上流側から下流側へと順にガスタービン燃焼器入口圧力トランスミッター５７と、燃料ガス流量調整弁５８とが設置されている。

第１及び第２のガスコンプレッサー４９，５０は燃料ガス供給会社の燃料ガス供給装置との取り合い点（接続点）と燃焼器４３の入口との間に設けられており、通常、何れか１台が運転され、燃料ガス供給会社の燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスを、ガスタービン４１にとって望ましい圧力に昇圧する。

第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１は第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力を検出して、この吐出圧力検出信号を制御装置６３へ伝送し、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２は第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力を検出して、この吐出圧力検出信号を制御装置６３へ伝送する。第１ガスコンプレッサー出口弁５３は第１分岐ライン４８Ａを開閉する開閉制御弁であり、第２ガスコンプレッサー出口弁５４は分岐ライン４８Ｂを開閉する開閉制御弁である。第１逆止弁５５は第１分岐ライン４８Ａにおける下流側から上流側への燃料ガスの逆流を阻止し、第２逆止弁５６は第２分岐ライン４８Ｂにおける下流側から上流側への燃料ガスの逆流を阻止する。

ガスタービン燃焼器入口圧力トランスミッター５７は、燃料ガス供給ライン４８を介して燃焼器４３へ供給される燃料ガスの圧力（燃焼器４３の入口圧力）を検出し、この圧力検出信号を図示しない監視装置へ伝送する。監視装置ではガスタービン燃焼器入口圧力トランスミッター５７からの圧力検出信号に基づき、燃焼器４３の入口圧力を監視する。燃料ガス流量調整弁５８は図示しない出力制御装置に制御されて、ガスタービン４１の燃料ガス消費量（燃焼器４３へ供給される燃料ガス流量）を調節する。ガスタービン４１の燃料ガス消費量は、起動時及び発電機出力が低いときには少なく、発電機出力が高いときには多くなる。

また、第１再循環ライン５９の一端は第１ガスコンプレッサー４９の吐出側（第１ガスコンプレッサー４９と第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１との間）で第１分岐ライン４８Ａに接続され、第１再循環ライン５９の他端は第１ガスコンプレッサー４９の吸込み側で第１分岐ライン４８Ａに接続されている。従って、第１ガスコンプレッサー再循環弁６１を開けると、第１ガスコンプレッサー４９から吐出された燃料ガスの一部又は全部が第１再循環ライン５９を介して第１ガスコンプレッサー４９の吸込み側へ戻されて再循環する。このとき燃料ガスの再循環流量は第１ガスコンプレッサー再循環弁６１の弁開度によって調整される。

同様に、第２再循環ライン６０の一端は第２ガスコンプレッサー５０の吐出側（第２ガスコンプレッサー５０と第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２との間）で第２分岐ライン４８Ｂに接続され、第２再循環ライン６０の他端は第２ガスコンプレッサー５０の吸込み側で第２分岐ライン４８Ｂに接続されている。従って、第２ガスコンプレッサー再循環弁６２を開けると、第２ガスコンプレッサー５０から吐出された燃料ガスの一部又は全部が第２再循環ライン６０を介して第２ガスコンプレッサー５０の吸込み側へ戻されて再循環する。このとき燃料ガスの再循環流量は第２ガスコンプレッサー再循環弁６２の弁開度によって調整される。

そして、制御装置６３では、第１及び第２のガスコンプレッサー再循環弁６１，６２の弁開度を制御することによって第１及び第２のガスコンプレッサー４９，５０の吐出圧力が所定の目標圧力（ガスタービン４１にとって望ましい圧力）となるように制御するガスコンプレッサー吐出圧力制御と、ガスコンプレッサー運転切り替え制御とを行なう。以下、これらのガスコンプレッサー吐出圧力制御とガスコンプレッサー運転切り替え制御について詳述する。なお、ガスコンプレッサー吐出圧力制御は通常運転時だけでなく、ガスコンプレッサー運転切り替え制御時にも行われる。

＜ガスコンプレッサー吐出圧力制御＞
通常運転時にはガスコンプレッサー４９，５０の何れか１台を運転状態とし、他の１台は停止状態とする。

第１ガスコンプレッサー４９が運転状態の場合には、第１ガスコンプレッサー出口弁５３は全開状態、第２ガスコンプレッサー５０は停止状態、第２ガスコンプレッサー出口弁５４は全閉状態とする。そして、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１の吐出圧力検出信号に基づいて第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が、前記目標圧力となるように第１ガスコンプレッサー再循環弁６１の弁開度制御を行う。この吐出圧力制御は任意の制御手法によって行うことができ、例えば第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１で検出する第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力と前記目標圧力との偏差に基づいて比例積分（ＰＩ）制御により、第１ガスコンプレッサー再循環弁６１の弁開度を制御するようにしてもよい。

同様に、第２ガスコンプレッサー５０が運転状態の場合には、第２ガスコンプレッサー出口弁５４は全開状態、第１ガスコンプレッサー４９は停止状態、第１ガスコンプレッサー出口弁５３は全閉状態とする。そして、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２の吐出圧力検出信号に基づいて第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が、前記目標圧力となるように第２ガスコンプレッサー再循環弁６２の弁開度制御を行う。この吐出圧力制御も任意の制御手法によって行うことができ、例えば第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２で検出する第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力と前記目標圧力との偏差に基づいてＰＩ制御により、第２ガスコンプレッサー再循環弁６２の弁開度を制御するようにしてもよい。

このようなガスコンプレッサー吐出圧力制御は先にも述べたとおり、通常運転時だけでなく、後述するガスコンプレッサー運転切り替え制御でも行われる。

＜ガスコンプレッサー運転切り替え制御＞
まず、図２のタイミングチャートを参照して、第１ガスコンプレッサー４９が運転状態、第２ガスコンプレッサー５０が停止状態のときに第１ガスコンプレッサー４９から第２ガスコンプレッサー５０への運転切り替えを行う場合について説明する。

なお、図２は第１ガスコンプレッサー４９から第２ガスコンプレッサー５０への運転切り替え制御のタイミングチャートであり、図２の（ａ）にはガスタービン燃焼器入口圧力トランスミッター５７において検出されるガスタービン燃焼器入口圧力の変化、（ｂ）には第１ガスコンプレッサー４９のＯＮ（運転）／ＯＦＦ（停止）状態、（ｃ）には第１ガスコンプレッサー出口弁５３の開閉状態（弁開度）、（ｄ）には第１ガスコンプレッサー再循環弁６１の状態（吐出圧力制御状態と全閉状態）、（ｅ）には第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１によって検出される第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力の変化を示している。また、図２の（ｆ）には第２ガスコンプレッサー５０のＯＮ（運転）／ＯＦＦ（停止）状態、（ｇ）には第２ガスコンプレッサー出口弁５４の開閉状態（弁開度）、（ｈ）には第２ガスコンプレッサー再循環弁６２の状態（吐出圧力制御状態と全閉状態）、（ｉ）には第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２によって検出される第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力の変化を示している。

（１）図２に示すように、ガスコンプレッサー運転切り替えを開始する時刻Ｔ１以前のガスコンプレッサー４９，５０及び各弁５３，５４，６１，６２の状態は次のようになっている。
（１−１）第１ガスコンプレッサー４９・・・ＯＮ（運転）状態（図２（ｂ））
（１−２）第１ガスコンプレッサー出口弁５３・・・全開（図２（ｃ））
（１−３）第１ガスコンプレッサー再循環弁６１・・・吐出圧力制御状態（第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１によって検出される第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）（図２（ｄ））
（１−４）第２ガスコンプレッサー５０・・・ＯＦＦ（停止）状態（図２（ｆ））
（１−５）第２ガスコンプレッサー出口弁５４・・・全閉（図２（ｇ））
（１−６）第２ガスコンプレッサー再循環弁６２・・・全閉（図２（ｈ））

（２）かかる状態において、時刻Ｔ１に第２ガスコンプレッサー５０を起動してＯＮ（運転）状態とする（図２（ｆ）。即ち、運転切り替えを開始する。なお、この運転切り替えは、例えば振動や軸受メタル温度などの運転状態から第１ガスコンプレッサー４９が不調であると判断したときやメンテナンスなどのために運転員が、運転切り替えスイッチを操作することによって開始してもよく、或いは、振動や軸受メタル温度などの運転状態異常検出信号に基づいて開始してもよい。また、同時刻Ｔ１に第２ガスコンプレッサー再循環弁６２による吐出圧力制御を開始して、第２ガスコンプレッサー再循環弁６２を吐出圧力制御状態にする（図２（ｈ））。即ち、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２によって検出される第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が、前記目標圧力となるように第２ガスコンプレッサー再循環弁６２の弁開度を制御する。

（３）このとき、第２ガスコンプレッサー５０が起動され、且つ、第２ガスコンプレッサー出口弁５４が全閉であるため、第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が急上昇する（図２（ｉ））。その結果、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２の吐出圧力検出信号に基づき、第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力を前記目標圧力にするために第２ガスコンプレッサー再循環弁６２が開いて、その弁開度が急増する（図２（ｈ））。

（４）そして、第２ガスコンプレッサー出口弁５４を、同時刻Ｔ１から徐々に開けていく（図２（ｇ））。その結果、第１ガスコンプレッサー４９から吐出された燃料ガスと、第２ガスコンプレッサー５０から吐出された燃料ガスとが接続部４８ｂで合流するようになるため、第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力は上昇していく（図２（ｅ））。このとき、第１ガスコンプレッサー再循環弁６１は吐出圧力制御状態であるため、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１の吐出圧力検出信号に基づいて弁開度が増加する（図２（ｄ））。逆に、第２ガスコンプレッサー出口弁５４を開いたことによって第２ガスコンプレッサー５０から吐出された燃料ガスが、第２ガスコンプレッサー出口弁５４を介して下流側へと流れ出すため、第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が低下し始める。その結果、吐出圧力制御中の第２ガスコンプレッサー再循環弁６２の弁開度は、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２の吐出圧力検出信号に基づいて徐々に減少していく（図２（ｈ））。

（５）その後、時刻Ｔ２において第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度が全開になると（図２（ｇ））、今度は第１ガスコンプレッサー出口弁５３を、同時刻Ｔ２から徐々に閉めていく（図２（ｃ））。第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度が減少すると（図２（ｃ））、第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が更に大きく上昇するため（図２（ｆ））、吐出圧力制御中の第１ガスコンプレッサー再循環弁６１の弁開度も、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１の吐出圧力検出信号に基づいて更に大きく増加する（図２（ｄ））。なお、第２ガスコンプレッサー出口弁５４が全閉から全開になるまでの時間ΔＴ１（＝Ｔ２−Ｔ１）は例えば５分とする。また、第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度が全開になったことは、弁開度検出器による第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度検出信号に基づいて判断してもよく、制御装置６３から第２ガスコンプレッサー出口弁５４への弁開度制御信号に基づいて判断してもよい。

（６）その後、時刻Ｔ３において第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度は全閉になるが（図２（ｃ））、このときの各弁５３，５４，６１，６２の状態は下記のようになっている。なお、第１ガスコンプレッサー出口弁５３が全開から全閉になるまでの時間ΔＴ２（＝Ｔ３−Ｔ２）は例えば５分とする。
（６−１）第１ガスコンプレッサー出口弁５３・・・全閉（図２（ｃ））
（６−２）第１ガスコンプレッサー再循環弁６１・・・吐出圧力制御状態（第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１によって検出される第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）（図２（ｄ））
（６−３）第２ガスコンプレッサー出口弁５４・・・全開（図２（ｇ））
（６−４）第２ガスコンプレッサー再循環弁６２・・・吐出圧力制御状態（第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２によって検出される第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）（図２（ｈ））

（７）時刻Ｔ３において第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度が全閉になると（図２（ｃ））、第１ガスコンプレッサー４９をＯＦＦ（停止）させ（図２（ｂ））、且つ、第１ガスコンプレッサー再循環弁６１を全閉にする（図２（ｄ））。なお、第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度が全閉になったことは、弁開度検出器による第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度検出信号に基づいて判断してもよく、制御装置６３から第１ガスコンプレッサー出口弁５３への弁開度制御信号に基づいて判断してもよい。

（８）かくして第１ガスコンプレッサー４９から第２ガスコンプレッサー５０への運転切り替え制御が終了する。この運転切り替え終了時（時刻Ｔ３以後）のガスコンプレッサー４９，５０及び各弁５３，５４，６１，６２の状態は次のようになっている。これらの状態は上記（１）に示す運転切り替え開始時の状態と逆になっている。
（８−１）第１ガスコンプレッサー４９・・・ＯＦＦ（停止）状態（図２（ｂ））
（８−２）第１ガスコンプレッサー出口弁５３・・・全閉（図２（ｃ））
（８−３）第１ガスコンプレッサー再循環弁６１・・・全閉（図２（ｄ））
（８−４）第２ガスコンプレッサー５０・・・ＯＮ（運転）状態（図２（ｆ））
（８−５）第２ガスコンプレッサー出口弁５４・・・全開（図２（ｇ））
（８−６）第２ガスコンプレッサー再循環弁６２・・・吐出圧力制御状態（第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２によって検出される第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）（図２（ｈ））

（９）そして、この一連のガスコンプレッサー運転切り替え操作においては、ガスコンプレッサー再循環弁６１，６２による吐出圧力制御が行われ、且つ、ガスコンプレッサー出口弁５３，５４の弁開度変化などの状態変化も緩やかであるため、図２（ａ）に示すようにガスタービン燃焼器入口圧力（接続部４８ｂで合流後の燃料ガスの圧力）の変動は非常に小さい。

なお、図示例ではガスコンプレッサー出口弁５３，５４の弁開度を直線的に変化させているが、これに限定するものではなく、曲線的に変化させてもよい。また、第１ガスコンプレッサー出口弁５３が閉じる速さや、第２ガスコンプレッサー出口弁５４が開く速さは、ガスタービン燃焼器入口圧力の安定のためにはできるだけ遅いほうがよいが、あまり遅すぎると第１ガスコンプレッサー４９の状態が更に悪化して運転切り替え途中で第１ガスコンプレッサー４９が停止してしまう可能性もあるため、実用上問題がない程度にガスタービン燃焼器入口圧力の変動を抑えることができる速さとすることが望ましく、具体的な開閉速度については解析や試験などによって適宜の値に決定すればよい。

次に、タイミングチャートの図示は省略するが、第２ガスコンプレッサー５０が運転中、第１ガスコンプレッサー４９が停止中の状態のときに第２ガスコンプレッサー５０から第１ガスコンプレッサー４９への運転切り替えを行う場合について説明する。この場合は上記と逆の手順となる。

（１０）ガスコンプレッサー運転切り替えを開始する時刻Ｔ１１以前のガスコンプレッサー４９，５０及び各弁５３，５４，６１，６２の状態は次のようになっている。
（１０−１）第１ガスコンプレッサー４９・・・ＯＦＦ（停止）状態
（１０−２）第１ガスコンプレッサー出口弁５３・・・全閉
（１０−３）第１ガスコンプレッサー再循環弁６１・・・全閉
（１０−４）第２ガスコンプレッサー５０・・・ＯＮ（運転）状態
（１０−５）第２ガスコンプレッサー出口弁５４・・・全開
（１０−６）第２ガスコンプレッサー再循環弁６２・・・吐出圧力制御状態（第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２によって検出される第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）

（１１）かかる状態において、時刻Ｔ１１に第１ガスコンプレッサー４９を起動してＯＮ（運転）状態とする。即ち、運転切り替えを開始する。なお、この運転切り替えは、例えば振動や軸受メタル温度などの運転状態から第２ガスコンプレッサー５０が不調であると判断したときやメンテナンスなどのために運転員が、運転切り替えスイッチを操作することによって開始してもよく、或いは、振動や軸受メタル温度などの運転状態異常検出信号に基づいて開始してもよい。また、同時刻Ｔ１１に第１ガスコンプレッサー再循環弁６１による吐出圧力制御を開始して、第１ガスコンプレッサー再循環弁６１を吐出圧力制御状態にする。即ち、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１によって検出される第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が、前記目標圧力となるように第１ガスコンプレッサー再循環弁６１の弁開度を制御する。

（１２）このとき、第１ガスコンプレッサー４９が起動され、且つ、第１ガスコンプレッサー出口弁５３が全閉であるため、第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が急上昇する。その結果、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１の吐出圧力検出信号に基づき、第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力を前記目標圧力にするために第１ガスコンプレッサー再循環弁６１が開いて、その弁開度が急増する。

（１３）そして、第１ガスコンプレッサー出口弁５３を、同時刻Ｔ１１から徐々に開けていく。その結果、第１ガスコンプレッサー４９から吐出された燃料ガスと、第２ガスコンプレッサー５０から吐出された燃料ガスとが接続部４８ｂで合流するようになるため、第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力は上昇していく。このとき、第２ガスコンプレッサー再循環弁６２は吐出圧力制御状態であるため、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２の吐出圧力検出信号に基づいて弁開度が増加する。逆に、第１ガスコンプレッサー出口弁５３を開いたことによって第１ガスコンプレッサー４９から吐出された燃料ガスが、第１ガスコンプレッサー出口弁５３を介して下流側へと流れ出すため、第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が低下し始める。その結果、吐出圧力制御中の第１ガスコンプレッサー再循環弁６１の弁開度は、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１の吐出圧力検出信号に基づいて徐々に減少していく。

（１４）その後、時刻Ｔ１２において第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度が全開になると、今度は第２ガスコンプレッサー出口弁５４を、同時刻Ｔ１２から徐々に閉めていく。第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度が減少すると、第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が更に大きく上昇するため、吐出圧力制御中の第２ガスコンプレッサー再循環弁６２の弁開度も、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２の吐出圧力検出信号に基づいて更に大きく増加する。なお、第１ガスコンプレッサー出口弁５３が全閉から全開になるまでの時間ΔＴ１１（＝Ｔ１２−Ｔ１１）は例えば５分とする。また、第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度が全開になったことは、弁開度検出器による第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度検出信号に基づいて判断してもよく、制御装置６３から第１ガスコンプレッサー出口弁５３への弁開度制御信号に基づいて判断してもよい。

（１５）その後、時刻Ｔ１３において第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度は全閉になるが、このときの各弁５３，５４，６１，６２の状態は下記のようになっている。なお、第２ガスコンプレッサー出口弁５４が全開から全閉になるまでの時間ΔＴ１２（＝Ｔ１３−Ｔ１２）は例えば５分とする。
（１５−１）第１ガスコンプレッサー出口弁５３・・・全開
（１５−２）第１ガスコンプレッサー再循環弁６１・・・吐出圧力制御状態（第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１によって検出される第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）
（１５−３）第２ガスコンプレッサー出口弁５４・・・全閉
（１５−４）第２ガスコンプレッサー再循環弁６２・・・吐出圧力制御状態（第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２によって検出される第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）

（１６）時刻Ｔ１３において第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度が全閉になると、第２ガスコンプレッサー５０をＯＦＦ（停止）させ、且つ、第２ガスコンプレッサー再循環弁６２を全閉にする。なお、第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度が全閉になったことは、弁開度検出器による第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度検出信号に基づいて判断してもよく、制御装置６３から第２ガスコンプレッサー出口弁５４への弁開度制御信号に基づいて判断してもよい。

（１７）かくして第２ガスコンプレッサー５０から第１ガスコンプレッサー４９への運転切り替え制御が終了する。この運転切り替え終了時（時刻Ｔ１３以後）のガスコンプレッサー４９，５０及び各弁５３，５４，６１，６２の状態は次のようになっている。これらの状態は上記（１０）に示す運転切り替え開始時の状態と逆になっている。
（１７−１）第１ガスコンプレッサー４９・・・ＯＮ（運転）状態
（１７−２）第１ガスコンプレッサー出口弁５３・・・全開
（１７−３）第１ガスコンプレッサー再循環弁６１・・・吐出圧力制御状態（第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１によって検出される第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力が、前記目標圧力となるように弁開度制御されている状態）
（１７−４）第２ガスコンプレッサー５０・・・ＯＦＦ（停止）状態
（１７−５）第２ガスコンプレッサー出口弁５４・・・全閉
（１７−６）第２ガスコンプレッサー再循環弁６２・・・全閉

（１８）そして、この一連のガスコンプレッサー運転切り替え操作においても、両ガスコンプレッサー再循環弁６１，６２による吐出圧力制御が行われ、且つ、両ガスコンプレッサー出口弁５３，５４の弁開度変化などの状態変化も緩やかあるため、ガスタービン燃焼器入口圧力（接続部４８ｂで合流後の燃料ガスの圧力）の変動は非常に小さい。

なお、この場合もガスコンプレッサー出口弁５３，５４の弁開度の変化は直線的な変化に限定するものではなく、曲線的な変化であってもよい。また、第１ガスコンプレッサー出口弁５３が開く速さや、第２ガスコンプレッサー出口弁５４が閉じる速さは、ガスタービン燃焼器入口圧力の安定のためにはできるだけ遅いほうがよいが、あまり遅すぎると第２ガスコンプレッサー５０の状態が更に悪化して運転切り替え途中で第２ガスコンプレッサー５０が停止してしまう可能性もあるため、実用上問題がない程度にガスタービン燃焼器入口圧力の変動を抑えることができる速さとすることが望ましく、具体的な開閉速度については解析や試験などによって適宜の値に決定すればよい。

以上のように、本実施の形態例のガスタービン燃料ガス供給装置４７は、燃料ガスを昇圧するために並設された第１ガスコンプレッサー４９及び第２ガスコンプレッサー５０と、第１ガスコンプレッサー４９の下流側に設置され、第１ガスコンプレッサー４９の吐出圧力を検出する第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１と、第２ガスコンプレッサー５０の下流側に設置され、第２ガスコンプレッサー５０の吐出圧力を検出する第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２と、第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５１の下流側に設置された第１ガスコンプレッサー出口弁５３と、第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター５２の下流側に設置された第２ガスコンプレッサー出口弁５４と、第１ガスコンプレッサー４９から吐出された燃料ガスを第１ガスコンプレッサー４９の吸込み側へと戻す第１ガスコンプレッサー再循環弁６１と、第２ガスコンプレッサー５０から吐出された燃料ガスを第２ガスコンプレッサー５０の吸込み側へと戻す第２ガスコンプレッサー再循環弁６２と、第１及び第２のガスコンプレッサー再循環弁６１，６２の弁開度を制御することによって第１及び第２のガスコンプレッサー４９，５０の吐出圧力が目標圧力となるように制御するガスコンプレッサー吐出圧力制御と、ガスコンプレッサー運転切り替え制御とを行なう制御装置６３とを備えており、この制御装置６３では、運転状態の第１ガスコンプレッサー４９から停止状態の第２ガスコンプレッサー５０への運転切り替えを行う場合には、第１ガスコンプレッサー出口弁５３は全開、第１ガスコンプレッサー再循環弁６１は吐出圧力制御、第２ガスコンプレッサー出口弁５４は全閉及び第２ガスコンプレッサー再循環弁６２は全閉の状態から、第２ガスコンプレッサー５０を起動させ、第２ガスコンプレッサー再循環弁６２を吐出圧力制御状態とし且つ第２ガスコンプレッサー出口弁５４を徐々に開けていき、第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度が全開になると第１ガスコンプレッサー出口弁５３を徐々に閉めていき、第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度が全閉になると第１ガスコンプレッサー４９を停止させ且つ第１ガスコンプレッサー再循環弁６１を全閉とするように制御する一方、運転状態の第２ガスコンプレッサー５０から停止状態の第１ガスコンプレッサー４９への運転切り替えを行う場合には、第２ガスコンプレッサー出口弁５４は全開、第２ガスコンプレッサー再循環弁６２は吐出圧力制御、第１ガスコンプレッサー出口弁５３は全閉及び第１ガスコンプレッサー再循環弁６１は全閉の状態から、第１ガスコンプレッサー４９を起動させ、第１ガスコンプレッサー再循環弁６１を吐出圧力制御状態とし且つ第１ガスコンプレッサー出口弁５３を徐々に開けていき、第１ガスコンプレッサー出口弁５３の弁開度が全開になると第２ガスコンプレッサー出口弁５４を徐々に閉めていき、第２ガスコンプレッサー出口弁５４の弁開度が全閉になると第２ガスコンプレッサー５０を停止させ且つ第２ガスコンプレッサー再循環弁６２を全閉とするように制御することを特徴としている。

従って、本実施の形態例のガスタービン燃料ガス供給装置４７によれば、一連のガスコンプレッサー運転切り替え操作において、第１及び第２のガスコンプレッサー再循環弁６１，６２による吐出圧力制御が行われ、且つ、第１及び第２のガスコンプレッサー出口弁５３，５４の弁開度変化などの状態変化も緩やかであるため、ガスタービン燃焼器入口圧力の変動が非常に小さい。このため、燃焼器４３における燃料ガスの燃焼が不安定な状態に陥ることなく、ガスタービン４１の運転中に第１及び第２のガスコンプレッサー４９，５０の運転切り替えを行うことができるようになり、より信頼性の高いガスタービン４１を製作することが可能になる。

本発明は燃料ガスを昇圧してガスタービンの燃焼器へ供給するためのガスタービン燃料ガス供給装置に関するものであり、並設した２台のガスコンプレッサーの運転切り替えをガスタービン運手中に行う機能を備えることによって、より信頼性の高いガスタービンを実現する場合に適用して有用なものである。

本発明の実施の形態例に係るガスタービン燃料ガス供給装置の構成図である。前記ガスタービン燃料ガス供給装置におけるガスコンプレッサー運転切り替え時のタイミングチャートである。１台のガスコンプレッサーを備えた従来のガスタービン燃料ガス供給装置の構成図である。２台のガスコンプレッサーを備えた従来のガスタービン燃料ガス供給装置の構成図である。

符号の説明

４１ガスタービン
４２タービン本体
４３燃焼器
４４エアコンプレッサー
４５発電機
４６排気ガスダクト
４７ガスタービン燃料ガス供給装置
４８燃料ガス供給ライン
４８Ａ第１分岐ライン
４８Ｂ第２分岐ライン
４８ａ分岐部
４８ｂ接続部
４９第１ガスコンプレッサー
５０第２ガスコンプレッサー
５１第１ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター
５２第２ガスコンプレッサー吐出圧力トランスミッター
５３第１ガスコンプレッサー出口弁
５４第２ガスコンプレッサー出口弁
５５第１逆止弁
５６第２逆止弁
５７ガスタービン燃焼器入口圧力トランスミッター
５８燃料ガス流量調整弁
５９第１再循環ライン
６０第２再循環ライン
６１第１ガスコンプレッサー再循環弁
６２第２ガスコンプレッサー再循環弁
６３制御装置
６４回転軸

Claims

燃料ガスを昇圧してガスタービンの燃焼器へ供給するためのガスタービン燃料ガス供給装置において、
前記燃料ガスを昇圧するために並設された第１ガスコンプレッサー及び第２ガスコンプレッサーと、
前記第１ガスコンプレッサーの下流側に設置され、前記第１ガスコンプレッサーの吐出圧力を検出する第１吐出圧力検出手段と、
前記第２ガスコンプレッサーの下流側に設置され、前記第２ガスコンプレッサーの吐出圧力を検出する第２吐出圧力検出手段と、
前記第１吐出圧力検出手段の下流側に設置された第１ガスコンプレッサー出口弁と、
前記第２吐出圧力検出手段の下流側に設置された第２ガスコンプレッサー出口弁と、
前記第１ガスコンプレッサーから吐出された燃料ガスを前記第１ガスコンプレッサーの吸込み側へと戻す第１ガスコンプレッサー再循環弁と、
前記第２ガスコンプレッサーから吐出された燃料ガスを前記第２ガスコンプレッサーの吸込み側へと戻す第２ガスコンプレッサー再循環弁と、
前記第１及び第２のガスコンプレッサー再循環弁の弁開度を制御することによって前記第１及び第２のガスコンプレッサーの吐出圧力が目標圧力となるように制御するガスコンプレッサー吐出圧力制御と、ガスコンプレッサー運転切り替え制御とを行なう制御装置とを備えており、
この制御装置では、
運転状態の前記第１ガスコンプレッサーから停止状態の前記第２ガスコンプレッサーへの運転切り替えを行う場合には、前記第１ガスコンプレッサー出口弁は全開、前記第１ガスコンプレッサー再循環弁は吐出圧力制御、前記第２ガスコンプレッサー出口弁は全閉及び前記第２ガスコンプレッサー再循環弁は全閉の状態から、前記第２ガスコンプレッサーを起動させ、前記第２ガスコンプレッサー再循環弁を吐出圧力制御状態とし且つ前記第２ガスコンプレッサー出口弁を徐々に開けていき、前記第２ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全開になると前記第１ガスコンプレッサー出口弁を徐々に閉めていき、前記第１ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全閉になると前記第１ガスコンプレッサーを停止させ且つ前記第１ガスコンプレッサー再循環弁を全閉とするように制御する一方、
運転状態の前記第２ガスコンプレッサーから停止状態の前記第１ガスコンプレッサーへの運転切り替えを行う場合には、前記第２ガスコンプレッサー出口弁は全開、前記第２ガスコンプレッサー再循環弁は吐出圧力制御、前記第１ガスコンプレッサー出口弁は全閉及び前記第１ガスコンプレッサー再循環弁は全閉の状態から、前記第１ガスコンプレッサーを起動させ、前記第１ガスコンプレッサー再循環弁を吐出圧力制御状態とし且つ前記第１ガスコンプレッサー出口弁を徐々に開けていき、前記第１ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全開になると前記第２ガスコンプレッサー出口弁を徐々に閉めていき、前記第２ガスコンプレッサー出口弁の弁開度が全閉になると前記第２ガスコンプレッサーを停止させ且つ前記第２ガスコンプレッサー再循環弁を全閉とするように制御することを特徴とするガスタービン燃料ガス供給装置。