JP5346190B2 - 燃料正規化出力応答を利用したガスタービン燃焼消焔検出のための方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、総括的には、ガスタービン制御に関する。より具体的には、本発明は、ガスタービンの燃焼システムにおいて希薄消焔の事前警告又は回避を可能にする方法及びシステムに関し、特に乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器に関する。

本発明は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙによる以下の出願、すなわち、２００７年８月１６日に出願された、「事象ベース動作を使用して望ましくないガスタービン過渡応答を緩和する方法」の米国特許出願第１１８３９７０８号の関連出願である。

産業用及び発電用ガスタービンは、これらの運転を監視し制御するコントローラを備えた制御システムを有する。これらのコントローラは、ガスタービンの燃焼システムを管理する。窒素酸化物（ＮＯｘ）のエミッションを最小にするために、ＤＬＮ燃焼システムが開発され、使用されている。制御計画アルゴリズムは、コントローラによって実行され、ＤＬＮ燃焼システムを運転する。従来のＤＬＮアルゴリズムは、入力として、タービンの排気温度及び実際の運転中の圧縮機の圧力比の測定値を受信する。ＤＬＮ燃焼システムは、一般には、ガスタービンの運転状態、例えばタービン排気温度を決定するために、タービン排気温度及び圧縮機の圧力比にのみ依存している。

図１は、圧縮機１２、燃焼器１４、並びに圧縮機及び制御システムすなわちコントローラ１８に結合されたタービン１６を有するガスタービン１０を示している。圧縮機への入口２０は、周囲空気及び場合によっては注入水を圧縮機に供給する。空気は入口２０を通って圧縮機の入口ガイドベーン２１内に流入する。タービン用の排気ダクト２２は、例えば、エミッション制御及び吸音装置を有するダクトを通して年総ガスをタービンの出口から導く。タービンは、電力を発生し、ブレーカ２５を通って配電網２７に電力を供給する発電機２４を駆動することができる。

ガスタービンの運転は、タービン、発電機及び環境の様々な状態を検出する幾つかのセンサ２６によって監視することができる。例えば、温度センサは、ガスタービンの周りの周囲温度、圧縮機排出温度、タービン排出ガス温度、及びガスタービンを通過するガス流の他の温度測定値を監視することができる。圧力センサは、圧縮機入口及び出口、タービン排気、並びにガス流の他の場所における周囲圧力、並びに静的及び動的圧力レベルを監視することができる。更に、湿度センサ、例えば、乾湿球温度計は、圧縮機の入口ダクト内の周囲湿度を測定する。センサ２６はまた、ガスタービン１０の運転に関する様々なパラメータを感知する、流量センサ、速度センサ、火炎検出器センサ、バルブ位置センサ、ガイドベーン角度センサ、又は同様のものを含むことができる。本明細書で使用される用語「パラメータ」及び類似の用語は、所定のタービン運転状態を表すのに使用することができるタービン内の定義された場所における、温度、圧力及び流量のようなタービンの運転状態を定義するのに使用することができる項目を意味する。

燃料制御システム２８は、燃料供給部から燃焼器１４まで流れる燃料、すなわち様々なノズル内に流れる燃料と燃焼区域内に流入れる前に空気と混合される燃料との間のスプリットを調節し、燃焼器のために燃料の種類を選択することができる。この燃料制御システムは、別個のユニットとすることができ、或いは、より大きなコントローラ１８の構成要素とすることもできる。

コントローラは、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（商標）ガスタービン制御システムとすることができる。コントローラ１８は、センサ入力及び人間のオペレータからの指示を使用して、ガスタービンの運転を制御するためにプログラムを実行するプロセッサを有するコンピュータシステムとすることができる。コントローラ１８によって実行されるプログラムは、燃焼器１４への燃料流量を調節する計画アルゴリズムを含むことができる。このコントローラによって生成された命令により、ガスタービン上のアクチュエータが、例えば、流量及び燃料の種類を調節する燃料供給部と燃焼器との間のバルブ、圧縮機上の入口ガイドベーン２１、及びガスタービン上の他の制御設定内容を調整するようになる。

コントローラ１８は、該コントローラのコンピュータメモリ内に格納されたアルゴリズムに部分的に基づいてガスタービンを調節する。燃料及び空気は、ガスタービンエンジンの燃焼プロセスにおいて混合される。このプロセスにおける窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を制御するために、燃焼火炎温度及び燃料混合が厳重に維持されなければならない。燃料及び空気は、高い燃焼温度の局所的な区域を避けるために、均一に予混合することができ、エンジンは、許容できない量のＮＯｘの生成を避けるために、ある温度を下回って運転することができる。これらのアルゴリズムにより、コントローラ１８は、タービン排気中のＮＯｘ及び一酸化炭素（ＣＯ）エミッションを予め定義されたある限界内に維持することができ、燃焼器燃焼温度を予め定義された温度限界内に維持することができる。このアルゴリズムは、現在の圧縮機圧力比、圧縮機排出温度、周囲比湿度、入口圧力損失及びタービン排気背圧についてのパラメータを含む。

通常、過渡燃焼未満事象ではあまり悪影響を及ぼさないので、かなり大きなマージンが燃焼システムに存在する。しかしながら、最新の超低エミッション燃焼システムでは、マージンは遙かに厳しくなる。過渡の燃焼未満は、燃焼ダイナミックス又は火炎の損失をもたらす可能性がある。燃焼器内の燃焼ダイナミックスは、ハードウェアに破損を与えることは周知である。燃焼における火炎の損失は、大きな排気温度の拡散をもたらす可能性がある。プラグが燃焼され、機械をＬｅａｎ Ｌｅａｎ及び高エミッションモードの運転に戻す。ユニットのトリップもまた、大きな拡散で生じる可能性がある。

乾式低ＮＯｘ燃焼システムを備えたガスタービンは、低ＮＯｘエミッションを維持するために、希薄消焔（ＬＢＯ）限界により近い極めて希薄な燃料／空気（Ｆ／Ａ）比で動作する。ＬＢＯ限界値よりも希薄なＦ／Ａ比は、火炎の消焔を生じる可能性がある。更に、缶毎のＦ／Ａ比のばらつきは、ＬＢＯ限界により近く、該ＬＢＯ限界よりも大きいマージンで動作している缶よりも消焔しやすいＦ／Ａ比を有する缶を生じる。１つの缶内での消焔は、最終的にはタービントリップを誘起する可能性がある幾つかの隣接する缶内での消焔につながる場合がある。ＬＢＯに起因するタービントリップは、高コストとなる可能性がある。トリップに起因する停止時間中に収益は失われ、消焔に起因した燃焼構成要素に物理的損失を与える可能性がある。

希薄消焔又は弱い消火性は、燃料と空気の混合物がもはや可燃性ではないポイントである。予混合複数ノズルシステムにおいて、弱い消火は、燃焼効率の大幅な降下、及び／又は火炎の完全な消滅が存在するポイントとして定義することができる。

希薄消焔を予測するＮｏｒｍａｎ他（米国特許出願公開第２００５／０２７８１０８号）による従来技術の装置及び方法は、監視される燃焼缶内の圧力を表す圧力信号の複数のトーンを抽出する段階と、各監視される缶における高温トーンの周波数を追跡する段階と、抽出されたトーン及び追跡された周波数を利用してＬＢＯの確率を求める段階とを含む。Ｔａｗａｒｅ他（米国特許出願公開第２００６／００４２２６１号）は、ＬＢＯ前兆の存在及びＬＢＯの確率を求め、ＬＢＯ事象を回避するガスタービン応答を開始するために、圧力信号及び／又は火炎検出器信号を使用することを組み込んでいる。しかしながら、これらのシステムには、特別な変換器及び計装器が必要であり、連続的なオンライン運転よりも試験及び検査目的の方により好適とすることができる。

希薄消焔が発生すると、大きな拡散又は燃焼基準温度の低下のいずれかは、点火されていない缶を再点火するためにスパークプラグを点火することになる。このユニットは、より大きいエミッションモード運転であるＬｅａｎ Ｌｅａｎ又は拡張Ｌｅａｎ Ｌｅａｎに戻ることになる。予混合された燃料及び空気を利用する低エミッションモードに戻るためには、ユニットは、大幅に負荷を軽減して、予混合モードをリセットするソフトウェアラッチをクリアする必要がある。消焔を引き起こした最初の結果が、制御アルゴリズムを調整することによって補正されなかった場合、ユニットは、予混合燃料モードに戻ることができず、そこに留まる可能性がある。これは、顧客が政府規制によってある時間の長さの間高エミッションモードで運転することが禁止されることが多いので、強制運転停止となる可能性がある。

燃焼における火炎損失は、高温拡散を生じる可能性があるが、温度測定に伴う遅延に起因して、温度拡散を利用して消焔を識別することができる前に、スパークプラグがトリガされる可能性がある。必要なことは、正常な出力遷移の結果ではなく、意図的ではない遷移としての消焔を識別することである。
米国特許第７，１００，３５７ Ｂ２号公報 米国特許出願公開第２００５／０２７８１０８ Ａ１号公報 米国特許出願公開第２００６／００４２２６１ Ａ１号公報

従って、新しい制御アルゴリズムでは、厳しいエミッション要件に適合しながら、後続の運転における燃焼ダイナミックス又は火炎の損失を回避するために、ＬＢＯ事象を識別してガスタービンユニットを一時的に位置付けることが必要とされる。

本発明の１つの態様によれば、ガスタービンエンジンの１つ又はそれ以上の燃焼缶において希薄消焔を検出する方法が提供される。本方法は、変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを検出する段階と、発生出力のシフトが燃焼器内の希薄消焔に起因することを判定する段階と、タービンコントローラに信号を送信して、全ての燃焼器における希薄消焔に対するマージンを増大させる動作を開始させる段階と、全ての燃焼器についての希薄消焔に対するマージンを増大させる応答を実行する段階とを含む。

本発明の別の態様によれば、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、出力ブレーカを備えた発電機とを有するガスタービン用のコントローラが提供される。本コントローラは、変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを感知することに関係する複数のガスタービン運転パラメータについてデータを受信するセンサ入力と、変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを検出するアルゴリズムと、エミッション制御モデルのゲインの変更を開始させる出力信号とを含むことができる。

本発明の更に別の態様によれば、ガスタービンが提供される。このガスタービンは、タービンと、燃焼器と、発電機と、発電機出力ブレーカと、配電網と、変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを感知することに関係する複数のガスタービン運転パラメータを監視するセンサと、コントローラとを含むことができる。本コントローラは、発電機の出力部で生成される出力のためのセンサ入力と、総燃料基準と、発電機出力ブレーカ閉ステータスと、予混合モード中の燃焼器内の希薄消焔を検出する閾値アルゴリズムとを提供する。この閾値アルゴリズムは、次式による燃料正規化出力（ＦＮＰ）に関する計算を組み込んでいる。

ＦＮＰ＝Ｐｏｗｅｒ／（Ｆｕｅｌｒｅｆ−Ｆｕｅｌｒｅｆ_ＦＳＮＬ）
ここで、Ｐｏｗｅｒは、発電機の出力において駆動メガワットで表され、Ｆｕｅｌｒｅｆは、機械に供給される総燃料基準要求を表し、Ｆｕｅｌｒｅｆ_ＦＳＮＬは、全速無負荷において要求される燃料基準を表す。コントローラはまた、エミッション制御モデルのゲインの変更を開始させる出力信号を含む、予混合運転中の燃焼器内の希薄消焔の検出に対するプログラム応答を提供する。

本発明のこれら及び他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通じて同様の符号が同様の要素を示している添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めばより理解されるであろう。

本発明の以下の実施形態は、指定された過渡条件を識別することによって燃焼ダイナミックス及びフレームアウトを識別する段階と、目標とするＮＯｘレベルでの連続運転を可能にする段階とを含む、多くの利点を有する。

予混合モードにおける運転中の消焔を迅速且つ確実に識別する効果的な手法は、発生するタービン出力への影響に基づいている。この目的を達成するために、燃料正規化出力（ＦＮＰ）は、消焔によって引き起こされる出力低下が、全体的燃料要求によって生じる出力の遙かに緩やかな変化とは区別することができる点で、極めて有用な信号である。ＦＮＰはまた、温度のような他の信号よりも遙かに高速な応答を有する。ＦＮＰの変化を監視することにより、信頼性を有した希薄消焔検出を可能にすることができる。

少なくとも１つの燃焼器における消焔の検出の第１の段階は、制御された燃料による出力の変化をもたらす過渡状態と消焔とを識別することである。燃料正規化出力（ＦＮＰ）は、上記で説明したように、式１において以下に計算される、非出力時に速度を維持するための量よりも少ない現在の燃料基準に出力正規化される。

ここで、Ｐｏｗｅｒは、発電機の出力における駆動メガワットで表され、Ｆｕｅｌｒｅｆは、機械に供給される総燃料基準要求を表し、Ｆｕｅｌｒｅｆ_ＦＳＮＬは、全速無負荷で要求される燃料基準を表す。

図２は、１つの缶におけるフレームアウトに対する応答の実施例を示している。発生出力２１０（ＭＷ）、燃料正規化出力２２０（ＭＷ／％）及び燃料基準２３０（％）は、最初の約７９ＭＷの発生出力から開始して、缶フレームアウトの間に追跡される。フレームアウトは１で生じる。発生出力２１０及び燃料正規化出力２２０は、残りの缶の運転からの３における出力低減に応答して、２において急激に降下する。発生出力２１０の降下により、燃料基準２３０が運転缶に供給される燃料を増大し始め、発生出力を初期値に向かって復元するようになる。５において、発生出力２１０は、燃料が供給燃料の増大に起因して、燃料基準２３０を概略的に追跡する。しかしながら、燃料正規化出力２２０は、分母の燃料基準係数によって正規化されているので、６では比較的平坦なままになる。以上のように本明細書では、燃料正規化出力パラメータは、発生出力の変化に迅速に応答し、燃料基準の変化による緩やかに推移する過渡応答から区別されることができるように示されている。

消焔状態と正常負荷過渡状態とを見分けるために、１次遅延フィルタを燃料正規化出力計算の出力に実装することができる。フィルタ時定数は、シミュレーション及び実際の稼動ユニットフィールドデータに基づいて設定され、正常な負荷軽減事象への影響を最小にしながら、消焔過渡状態をフィルタ除去することができる。従って、フィルタリングされていない燃料正規化出力とフィルタリングされた燃料正規化出力との間の差異が計算されると、その結果は、所定の閾値を上回った時に希薄消焔の指標として使用することができる。

図３は、希薄消焔過渡状態の間の燃料正規化出力及びフィルタリングされた燃料正規化出力の相対応答を示している。１での希薄消焔に応答して、燃料正規化出力３１０（ＭＷ／％）は、約１．６の初期値から急激に降下する。フィルタリングされた燃料正規化出力３２０（ＭＷ／％）は、より緩やかに応答し、差異３３０を生じる。この差異３３０は、所定の閾値を上回ったときに２において論理信号真３４０をトリガする。図３における過渡状態に対する例示的な閾値は、約０．１５（ＭＷ／％）に設定される。

発電機ブレーカを閉じるときに缶内の希薄消焔を識別するための閾値として効果的であるために、閾値は、他の非希薄消焔過渡状態が希薄消焔応答の誤ったトリガを提供することにないように、識別するのに十分に大きくする必要がある。ＦＮＰ応答とフィルタリングされたＦＮＰ応答との間の差異は、水洗浄オン過渡状態、水洗浄オフ過渡状態、予混合移行などの頻繁に行なわれる運転での現場試験中、並びに出力軽減中に取得された。過渡状態が試験されている間は、約０．１５の閾値には到達せず、希薄消焔の判定及び応答は、非希薄消焔事象の間には意図せずには作動しない十分な信頼性を提供した。

図４は、希薄消焔を感知し、且つ後続の消焔に対するマージンを改良するよう移動させることによって応答する本発明のアルゴリズムの実施形態を示している。４００でアルゴリズムが始まる。ステップ４１０で、発電機ブレーカを閉じるかどうかを判定するための試験が行なわれる。発電機ブレーカを閉じると、ステップ４２０において、全速無負荷における燃料基準（Ｆｕｅｌｒｅｆ_ＦＳＮＬ）は、Ｆｕｅｌｒｅｆの現在の値に設定される。ステップ４３０において、ＦＮＰが前述のように式１に従って計算される。ステップ４４０において、ＦＮＰに関する計算値は、１次遅延フィルタに適用される。ステップ４５０において、フィルタリングされたＦＮＰ値とフィルタリングされていないＦＮＰ値との間の差異が計算される。ステップ４６０において、その差異は、所定の閾値に対し比較される。この差異が所定の閾値を上回った場合、ステップ４７０で、希薄消焔に対するマージンは、エミッションモデルゲインを増大させることによって調整される。この差異が閾値を上回らない場合、ステップ４３０のＦＮＰ計算が繰り返される。

閾値アルゴリズムの出力を用いて、後続の運転のために希薄消焔マージンを増大させることができる。閾値トリガは、所定の時間期間の間固定され、複数の希薄消焔信号が発生するのを防止することができる。

２００７年８月１６日にＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙによって出願された、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍｉｔｉｇａｔｉｎｇ Ｕｎｄｅｓｉｒｅｄ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｕｓｉｎｇ Ｅｖｅｎｔ−Ｂａｓｅｄ Ａｃｔｉｏｎｓ（事象ベースの動作を使用して望ましくないガスタービン過渡応答を緩和する方法）」の米国特許出願第１１８３９７０８号では、望ましくない運転及び可能性のあるハードウェア破損を引き起こすことがあるガスタービン運転中に通常見られる過渡事象を管理する方法が開示あれた。ある過渡運転の間では、基準排気温度と実際のタービン排気温度との間の遅延が見られることがある。この遅延は、可変の大きさ及び持続時間を有する燃焼システム内での燃焼未満状態を生じる可能性がある。燃料スプリット計画又は制御アルゴリズムのいずれかは、燃焼ダイナミックス又は火炎の損失を阻止するようにこれらの過渡状態の間に設定することができる。燃焼ダイナミックスは、即時のハードウェア交換を必要とする可能性のある損傷を引き起こすことが知られている。過渡状態が完了すると、通常の制御運転が再開される。

長時間応答又は持続的応答を必要とする過渡状態では、制御変更は、閉ループエミッション制御部、及びタービン運転制御部全体に送られるタービン排気基準温度を求める補正パラメータ制御（ＣＰＣ）を通して実施することができる。より大きなタービン排気基準温度信号に応答して、タービン制御は、燃焼器に送られる燃料の量及び／又は燃料スプリットの変化に影響を及ぼし、従って、長時間過渡状態又は長時間運転状態の間の燃焼ダイナミックス及びフレームアウトに対するマージン増大を可能にすることができる。

Ｍｏｒｇａｎ他による米国特許第７，１００，３５７号は、タービン排気に関する基準温度を計算するためのアルゴリズムに組み込まれた、幾つかの環境要因を含む目標基準排気温度を調整することによって、ガスタービンを制御するシステムを記載している。このアルゴリズムは、ＮＯｘエミッション制限アルゴリズム、ＣＯエミッション制限アルゴリズム、目標タービン燃焼温度アルゴリズム及び目標タービン燃焼温度制限アルゴリズムに基づいて制限タービン排気温度を設定する。このプロセスを利用して、特に周囲条件及びタービン運転パラメータが変化するときに、目標レベル以下にタービンエミッション及び燃焼温度を維持することができる。コントローラは、目標タービン排気温度を達成するために燃料コントローラを調整する。このアルゴリズムは、補正パラメータ制御（ＣＰＣ）として周知である。

運転中、システムコントローラは、エミッション、特にＮＯｘエミッションを移動平均に基づいた最大レベルに制限するように設計されている。エミッションの制限された過渡的な増大は、平均的ＰＰＭ出力を上回らない条件下で許容することができる。ＣＰＣ及び閉ループエミッション制御の制御部が存在しなければ、目標エミッションレベルでの長時間運転は、延長したある過渡事象及び運転状態の間は可能とはならない。

長時間応答を必要とする過渡状態がコントローラによって識別されると、ＣＰＣアルゴリズムは、ユニットが燃焼ダイナミックス及びフレームアウト可能性に対するマージンを増大させる、一時的により大きいエミッションレベルで動作するように「拡張」される。次に、閉ループエミッション制御は、安定状態水洗浄運転が構築された後、エミッションフィードバックデータを使用してユニットを望ましいエミッションレベルに再調整し、コントローラアルゴリズムを調整する。

図５は、燃焼消焔に対するシステムの応答を説明するブロック図を提供している。図５は、閾値アルゴリズムブロック５０５と、閉ループエミッション制御ブロック５４５と、タービン制御部５７５のために基準排気温度５６５を共に構築する補正パラメータ制御（ＣＰＣ）ブロック５６０とを組み込んだコントローラ５００を含む。タービン制御部５７５は、ガスタービン５８０に対する直接制御を提供する。ガスタービン５８０からのタービン排気５８５は、タービン排気熱電対５８７からの温度５８８及びタービンエミッション５８６を含むパラメータについて監視されている。タービン排気熱電対温度５８８は、タービン制御部５７５にフィードバックされ、タービンエミッション５８６は、閉ループエミッション制御部５４５のエミッション監視装置５０１によって感知される。タービンは、発電機５９０を駆動する。発電機出力ブレーカ５９１は、発電機５９０を配電網５９５に接続する。発電機５９０からの駆動メガワット出力は、５９３で示された計装器によって測定される。発電機出力ブレーカ閉ステータス５９２及び駆動メガワット出力５９４は、閾値アルゴリズム５０５の論理ステップにフィードバックされる。

上述のように、燃料正規化出力は次式で計算される。

ＦＮＰ＝Ｐｏｗｅｒ／（Ｆｕｅｌｒｅｆ−Ｆｕｅｌｒｅｆ_ＦＳＮＬ）
閾値アルゴリズム５０５内では、発電機出力ブレーカ閉ステータス５９２がシングルショット回路５０６をトリガして、移動ブロック５０７でＦｕｅｌｒｅｆパラメータ５７７の値を取得し、Ｆｕｅｌｒｅｆ_ＦＳＮＬ５０８の値を構築する。減算ブロック５０９は、燃料正規化出力計算における分母（Ｆｕｅｌｒｅｆ−Ｆｕｅｌｒｅｆ_ＦＳＮＬ）（燃料基準デルタ５１２）を構築する。

発電機５９０からの駆動出力メガワット５９４は、除算ブロック５１４で燃料基準デルタ５１２によって除算され、算出ＦＮＰ５１５を得る。算出ＦＮＰ５１５は、約５秒の好ましい時定数５１７を備えた１次遅延フィルタ５１６に適用され、フィルタリングされたＦＮＰ５１８を得る。算出ＦＮＰ５１５は、減算ブロック５１９においてフィルタリングされたＦＮＰ５１８から減算される。その差異５２０は、比較ブロック５２２において閾値５２１に対して比較される。差異５２０が閾値５２１を上回ると、ＦＮＰ差異トリガ５２５が作動される。

補正パラメータ制御部５６０は、様々なタービン運転パラメータを利用して、タービン制御部５７５に提供されるタービン排気基準温度５６５を求める。エミッション制限アルゴリズム（図示せず）を含む４つの制限アルゴリズムは各々制限温度出力を提供する。制限アルゴリズム出力の１つは、タービン排気基準温度５６５を求めるための選択アルゴリズム（図示せず）によって選択することができる。

運転中、エミッションゲイン信号５５０は、閉ループエミッション制御部５４５によってＣＰＣ５６０のエミッション制限アルゴリズム（図示せず）に提供される。エミッションゲイン信号５５０は、エミッション監視装置５０１によって感知されたエミッションデータ５８６及び予測エミッション信号５７１に基づくことができる。予測エミッション信号５７１は、ＣＰＣ５６０のエミッションアルゴリズム（図示せず）からの出力温度５６６及びタービン運転状態パラメータ５７６を利用して、エミッション予測器５７０によって求めることができる。

燃焼消焔に応答してＦＮＰ差異トリガ５２５を作動させることにより、ゲイン要素５４８がエミッションゲイン調整モデル５４６に増大ゲイン５４９を一時的に提供することができるようになる。増大ゲイン入力により、ＣＰＣ５６０のエミッション制限アルゴリズム（図示せず）へのエミッションゲイン信号５５０が増大し、従って、ＣＰＣ５６０からの制限温度出力５６５が上昇するようになる。エミッション制限アルゴリズム（図示せず）からの出力を増大させる効果により、タービン排気基準温度５６５が増大し、及び／又は、燃料スプリットが変化し、従って、燃焼消焔及び燃焼ダイナミックスに対するマージンが増大する。

閉ループエミッション監視装置５０１からの差分フィードバック及び予測エミッション信号５７１は、ＣＰＣ５６０に提供されるエミッションゲイン５５０をより正常な値にまで回復させる（調整する）傾向がある。このフィードバックは、エミッションレベルを許容運転制限内に回復させる傾向がある。しかしながら、過渡事象が、タービンの運転状態を変化させる（例えば、燃焼缶の状態が希薄消焔から更に移動する）範囲では、エミッションゲイン５５０は、初期値まで十分に回復することはできない。

この実施形態は、基準排気温度の設定のためにＣＰＣを使用しているが、長時間過渡事象を示す信号に応答することができるタービン排気基準温度用の他の制御機構の利用は、本発明の範囲内にあるとみなすことができる。

様々な実施形態を本明細書で説明したが、様々な構成要素の組み合わせ、変形又は改良を行なうことができ、これらは本発明の範囲内にあることは、本明細書から明らかであろう。

燃料制御システムを有するガスタービンを示す図。 缶フレームアウト中の発生出力信号、燃料正規化出力信号及び燃料基準信号の相対的応答を示す図。 希薄消焔過渡状態中の燃料正規化出力及びフィルタリングされた燃料正規化出力の相対的応答を示す図。 希薄消焔を感知し、且つ後続の消焔に対するマージンを改良するために移動させることによって応答する、本発明のアルゴリズムの実施形態を示す図。 予混合モードにおける希薄消焔に対する本発明のコントローラの応答に関するブロック図。

符号の説明

５００ コントローラ
５０５ 閾値アルゴリズムブロック
５１５ 燃料正規化出力（ＦＮＰ）
５２２ 比較ブロック
５２５ ＦＮＰ差異トリガ
５４５ 閉ループエミッション制御ブロック
５６０ 補正パラメータ制御（ＣＰＣ）ブロック
５６５ タービン排気基準温度
５７５ タービンコントローラ
５８０ ガスタービンエンジン

Claims (9)

1. ガスタービンエンジン（５８０）の１つの燃焼缶において希薄消焔を検出する方法であって、
   変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを検出する段階（５０５）と、
   前記発生出力のシフトが燃焼器内の希薄消焔に起因することを判定する段階（５２２）と、
   信号（５２５）をタービンコントローラ（５７５）に送信して、全ての燃焼器における希薄消焔に対するマージンを増大させる動作を開始させる段階と、
   全ての燃焼器についての希薄消焔に対するマージンを増大させる応答（５７５）を実施する段階と、
   を含み、
   変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを検出する段階が、次式
   ＦＮＰ＝Ｐｏｗｅｒ／（Ｆｕｅｌｒｅｆ−Ｆｕｅｌｒｅｆ_FSNL）
   により燃料正規化出力（ＦＮＰ）（５１５）を計算する段階を含む、
   方法。
   ここで、Ｐｏｗｅｒ（５９４）は発電機（５９０）の出力において駆動メガワットで示され、Ｆｕｅｌｒｅｆ（５７７）は機械に供給される総燃料基準要求を示し、Ｆｕｅｌｒｅｆ_FSNL（５０８）は全速無負荷において要求される燃料基準を示す。
2. ＦＮＰを計算する段階が、タービン発電機ブレーカ（５９１）が閉じられたとき（５９２）にＦＮＰ（５１５）を監視する段階（５０６）を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを検出する段階が、発電機負荷ブレーカが閉じられたときにＦｕｅｌｒｅｆ_FSNLをＦｕｅｌｒｅｆの値に設定する段階、を含む、請求項１に記載の方法。
4. 変化する燃料要求に起因しない発生出力のシフトを検出する段階が、
   算出ＦＮＰ（５１５）を追跡する段階と、
   前記算出ＦＮＰ（５１５）にフィルタ（５１６）を適用して、フィルタリングされたＦＮＰ（５１８）を構築する段階と、
   前記フィルタリングされたＦＮＰ（５１８）を追跡する段階と、
   前記フィルタリングされたＦＮＰ（５１８）と前記算出ＦＮＰ（５１５）との間の差異を求める段階（５１９）と、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＦＮＰにフィルタを適用する段階が、前記算出ＦＮＰ（５１５）に約５秒の時定数（５１７）を備えた遅延フィルタ（５１６）を適用する段階を含む、請求項４に記載の方法。
6. 発生出力のシフトが燃焼器内の希薄消焔に起因することを判定する段階が、前記フィルタリングされたＦＮＰ（５１８）と前記算出ＦＮＰ（５１５）との間の差異（５２０）が所定の閾値（５２１）を上回るか否かを判定する段階（５２２）を含む、請求項４に記載の方法。
7. 所定の閾値（５２１）に関する値が、予混合モードで運転中に少なくとも１つの缶における消焔によって引き起こされる前記フィルタリングされたＦＮＰ（５１８）と前記算出ＦＮＰ（５１５）との間の差異（５２０）よりも小さく、所定の運転過渡状態に起因する前記フィルタリングされたＦＮＰ（５１８）と前記算出ＦＮＰ（５１５）との間の差異（５２０）よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. タービンコントローラに信号を送信して、全ての燃焼器における希薄消焔に対するマージンを増大させる動作を開始させる段階が、前記フィルタリングされたＦＮＰ（５１８）と前記算出ＦＮＰ（５１５）との間の差異（５２０）が所定の閾値（５２１を上回るときに前記タービンコントローラ（５７５）に信号を送信する段階を含む、請求項７に記載の方法。
9. 全ての燃焼器のための希薄消焔に対するマージンを増大させる応答を実施する段階が、エミッションモデルのルーチンゲイン（５４６）においてステップ変化を実施する段階（５５０）を含む、請求項８に記載の方法。
   

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