JP5810597B2 - 気体燃料計測装置及びガスタービン制御システム - Google Patents
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Description
この手法は、炭化水素の混合比が変動しても、SGとLHVの関係が線形関数上で移動するのみであるので、比較的性状が安定しているLNGの気化によって得られた天然ガスを用いる場合には適用できるが、ガス田から直接引き込まれた天然ガスのようにCO2やN2等の不活性成分が多く含まれている場合には、SGとLHVの関係が線形関数から外れることになり、LHVの推定が困難になるという問題がある。
(1)コストの増加を抑えつつ、高精度な気体燃料性状の計測を実現する。
(2)高精度なガスタービンの燃焼制御を実現する。
〔第1実施形態〕
まず、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係るガスタービン制御システムAの概略構成を示すブロック図である。この図1に示すように、ガスタービン制御システムAは、ガスタービン1、燃料供給ライン2、燃料流量制御弁3、サンプリング装置4、気体燃料計測装置5及びガスタービン制御装置6から構成されている。なお、図1において、実線矢印は燃料ガスを表し、点線矢印は電気信号を表している。
始めに、気体燃料計測装置5による燃料ガス性状の計測動作についての理解を容易にするために、本実施形態における燃料ガス性状の計測原理について説明する。
図2(a)に示すように、ガスクロマトグラフ5aは、5分ないし10分周期で燃料ガス性状(低位発熱量LHV及び比重SG等)の計測値LHV_gc、SG_gcを出力する。このようなガスクロマトグラフ5aから5分ないし10分周期で得られる個々の計測値は十分に精度の高いもの(真値に極めて近いもの)であるが、燃料ガス性状が短期的に変動すると、その性状変動に計測値が追従しきれずに最大2ステップ分(2周期分)の時間遅れ(応答遅れ)による誤差が発生する。
続いて、上述した燃料ガス性状の計測原理を前提として、本実施形態の気体燃料計測装置5による燃料ガス性状の計測動作について説明する。
なお、ガスタービン1の運転中(燃料ガスの供給中)において、赤外線分析計5bからは、ほぼ連続的に燃料ガスのCO2濃度の計測値CO2_irが出力されるが(図2(b)参照)、ガスクロマトグラフ5aからは、5分ないし10分周期で燃料ガスの低位発熱量LHV、比重SG及びCO2濃度の計測値LHV_gc、SG_gc及びCO2_gcが出力され、今回ステップでの計測値が確定するまでは前回ステップの計測値が5分ないし10分間継続して出力される(図2(a)(b)参照)。
続いて、ガスタービン制御装置6によるガスタービン1の燃焼制御動作(燃料流量制御)について説明する。
なお、上記のように、ガスタービン制御装置6には、気体燃料計測装置5(補正演算装置5c)から一定周期で高精度な低位発熱量LHVの計測値LHV_c及び比重SGの計測値SG_cが入力されることになる。
また、本実施形態によれば、前述の気体燃料計測装置5から得られる高精度な低位発熱量LHVの計測値LHV_c及び比重SGの計測値SG_cを基にウォッベ指数WIを算出し、このウォッベ指数WIに基づいて燃料流量制御弁3の開度を制御する(燃料流量を制御する)ので、高精度なガスタービン1の燃焼制御を実現することができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
燃料ガスのCO2濃度が減少すると、通常ならば比重SGが低下するが、C2やC3のような他の成分濃度が急増すると、逆に比重SGが上昇することがある。このような燃料ガスの性状変動が発生した場合、補正前の計測値SG_gcよりも補正後の計測値SG_cの方が誤差が大きくなる可能性がある。第2実施形態は、このような燃料ガスの性状変動にも対応可能なものである。
この比重計5dは、赤外線分析計5bと同様に、ガスクロマトグラフ5aより精度の点で劣るが、ガスクロマトグラフ5aと比較してほぼ連続的と看做せるような極めて短い周期で計測値SG_gcを出力できるという特徴がある。
なお、ガスクロマトグラフ5aからは、燃料ガスの低位発熱量LHV及びCO2濃度の計測値LHV_gc、CO2_gcのみが出力される。
(1)上記第1及び第2実施形態では、ウォッベ指数WIの算出に必要な発熱量として低位発熱量LHVを計測する場合を例示したが、この低位発熱量LHVに替えて、高位発熱量HHV(Higher Heating Value)を算出し、この高位発熱量HHVと比重SGとからウォッベ指数WIを算出するようにしても良い。
Claims (5)
- 気体燃料の性状を計測する気体燃料計測装置であって、
前記気体燃料の発熱量、比重及び特定成分濃度を計測し、一定周期で各計測値を出力するガスクロマトグラフと、
前記気体燃料の特定成分濃度を計測し、前記ガスクロマトグラフよりも短い周期で計測値を出力する濃度計と、
前記ガスクロマトグラフから得られた前記特定成分濃度の計測値と、同時期に前記濃度計から得られた前記特定成分濃度の計測値とに基づいて、同時期に前記ガスクロマトグラフから得られた前記発熱量及び前記比重の計測値を補正する補正演算装置と、
を備えることを特徴とする気体燃料計測装置。 - 気体燃料の性状を計測する気体燃料計測装置であって、
前記気体燃料の発熱量及び特定成分濃度を計測し、一定周期で各計測値を出力するガスクロマトグラフと、
前記気体燃料の特定成分濃度を計測し、前記ガスクロマトグラフよりも短い周期で計測値を出力する濃度計と、
前記気体燃料の比重を計測し、前記ガスクロマトグラフよりも短い周期で計測値を出力する比重計と、
前記ガスクロマトグラフから得られた前記特定成分濃度の計測値と、同時期に前記濃度計から得られた前記特定成分濃度の計測値とに基づいて、同時期に前記ガスクロマトグラフから得られた前記発熱量及び前記比重計から得られた前記比重の計測値を補正する補正演算装置と、
を備えることを特徴とする気体燃料計測装置。 - 前記補正演算装置は、前記ガスクロマトグラフから得られた前記特定成分濃度の計測値及び同時期に前記濃度計から得られた前記特定成分濃度の計測値と、予め前記ガスクロマトグラフを用いて求めておいた、前記発熱量と前記特定成分濃度との相関関係及び前記比重と前記特定成分濃度との相関関係とに基づいて、前記発熱量及び前記比重の計測値を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の気体燃料計測装置。
- 前記補正演算装置は、前記発熱量と前記特定成分濃度との相関関係を表す近似関数及び前記比重と前記特定成分濃度との相関関係を表す近似関数に基づいて予め作成された、前記ガスクロマトグラフ及び前記濃度計から得られる前記特定成分濃度を変数とする発熱量補正係数及び比重補正係数の演算式に対して、前記ガスクロマトグラフ及び前記濃度計から得られた前記特定成分濃度の計測値を代入することで前記発熱量補正係数及び前記比重補正係数を算出することを特徴とする請求項3に記載の気体燃料計測装置。
- ガスタービンと、
前記ガスタービンの燃焼器に接続された燃料供給ラインと、
前記燃料供給ラインに介挿された燃料流量制御弁と、
前記燃料供給ラインに流れる気体燃料の性状を計測する請求項1〜4のいずれか一項に記載の気体燃料計測装置と、
前記気体燃料計測装置から得られる前記気体燃料の発熱量及び比重の計測値に基づいてウォッベ指数を算出し、前記ウォッベ指数に基づいて前記燃料流量制御弁の開度を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするガスタービン制御システム。
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