JPH07269373A - ガスタービンシステム及びその制御方法及び制御装置 - Google Patents
ガスタービンシステム及びその制御方法及び制御装置Info
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- JPH07269373A JPH07269373A JP5859594A JP5859594A JPH07269373A JP H07269373 A JPH07269373 A JP H07269373A JP 5859594 A JP5859594 A JP 5859594A JP 5859594 A JP5859594 A JP 5859594A JP H07269373 A JPH07269373 A JP H07269373A
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- air flow
- combustion air
- control valve
- premixed combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
- F23N2900/05003—Measuring NOx content in flue gas
Abstract
(57)【要約】
【目的】ガスタービンの運転条件により所要空気流量が
変化しても、正しく空気流量が把握されて正確な空燃比
の制御が行われ、安定な燃焼および低ＮＯｘ化が可能な
ガスタービンシステムの制御方法および制御装置を提供
する。 【構成】制御系に圧縮機入口空気流量及び予混合燃焼用
空気流量調節弁開度とから予混合燃焼用の空気流量オブ
ザーバ信号を求める手段を設けるとともに、この空気流
量オブザーバ信号が目標値に一致するように制御する手
段をもうけ、予混合燃焼の空燃比制御を行うようになし
た。
変化しても、正しく空気流量が把握されて正確な空燃比
の制御が行われ、安定な燃焼および低ＮＯｘ化が可能な
ガスタービンシステムの制御方法および制御装置を提供
する。 【構成】制御系に圧縮機入口空気流量及び予混合燃焼用
空気流量調節弁開度とから予混合燃焼用の空気流量オブ
ザーバ信号を求める手段を設けるとともに、この空気流
量オブザーバ信号が目標値に一致するように制御する手
段をもうけ、予混合燃焼の空燃比制御を行うようになし
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンシステムま
たその制御方法および制御装置の改良に係り、特に予混
合燃焼が行われる燃焼器を備え、かつその燃焼用空気の
流量が制御されるように形成されているガスタービンシ
ステムおよびその制御方法および制御装置の改良に関す
るものである。
たその制御方法および制御装置の改良に係り、特に予混
合燃焼が行われる燃焼器を備え、かつその燃焼用空気の
流量が制御されるように形成されているガスタービンシ
ステムおよびその制御方法および制御装置の改良に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料と空気を予め混合させ、その混合気
を燃焼させる予混合燃焼は、燃料と空気が混合しながら
燃焼する拡散燃焼に比し、低ＮＯｘ化を図る点では非常
に有効な燃焼方法である。
を燃焼させる予混合燃焼は、燃料と空気が混合しながら
燃焼する拡散燃焼に比し、低ＮＯｘ化を図る点では非常
に有効な燃焼方法である。
【０００３】しかし、この予混合燃焼は、燃焼の安定性
の点では問題があり、低ＮＯｘ化を図りつつ安定燃焼さ
せるには、その燃空比を調整し適度に保つ必要がある。
したがってこの燃空比の調整は予混合燃焼器においては
非常に重要となる。一般には予混合燃焼器の空気流通路
に空気の流量を調整する予混合燃焼空気流量調節弁を設
け、そして供給燃料流量に関連させて予混合燃焼器に供
給される空気の量を調整するようにしている。
の点では問題があり、低ＮＯｘ化を図りつつ安定燃焼さ
せるには、その燃空比を調整し適度に保つ必要がある。
したがってこの燃空比の調整は予混合燃焼器においては
非常に重要となる。一般には予混合燃焼器の空気流通路
に空気の流量を調整する予混合燃焼空気流量調節弁を設
け、そして供給燃料流量に関連させて予混合燃焼器に供
給される空気の量を調整するようにしている。
【０００４】図４には、この予混合燃焼空気流量調節弁
付きのガスタービン制御系統が示されている。図中右下
の３２０がこの予混合燃焼空気流量調節弁の制御系であ
る。
付きのガスタービン制御系統が示されている。図中右下
の３２０がこの予混合燃焼空気流量調節弁の制御系であ
る。
【０００５】この図において、ガスタービン燃焼器の制
御は、負荷指令値１０２の関数で全燃料流量のフィード
フォワード信号を決め（ブロック１０２）、負荷指令値
１０２と発電機出力１０４の差（ブロック１５４）を比
例積分する形（ブロック１５６）でこのフィードフォワ
ード信号を補正して（ブロック１５８）全燃料流量指令
値１２２を決定している。
御は、負荷指令値１０２の関数で全燃料流量のフィード
フォワード信号を決め（ブロック１０２）、負荷指令値
１０２と発電機出力１０４の差（ブロック１５４）を比
例積分する形（ブロック１５６）でこのフィードフォワ
ード信号を補正して（ブロック１５８）全燃料流量指令
値１２２を決定している。
【０００６】全燃料流量指令値１２２が決まるとガスタ
ービンの出力で決まる所定の関数で拡散燃料流量指令値
１３２と予混合燃料流量指令値１３４を決め、拡散燃料
調節弁３１２及び予混合燃料調節弁３１４を制御してい
る。
ービンの出力で決まる所定の関数で拡散燃料流量指令値
１３２と予混合燃料流量指令値１３４を決め、拡散燃料
調節弁３１２及び予混合燃料調節弁３１４を制御してい
る。
【０００７】一方、全燃料流量指令値１２２から所定の
空燃比になるように圧縮機入口空気流量のフィードフォ
ワード信号を決め（ブロック１６２）、ガスＯ2設定値
１０５と排ガスＯ2の差（ブロック１６４）を比例積分
する形で（ブロック１６８）この圧縮機入口空気流量フ
ィードフォワード信号を補正（ブロック１７０）するこ
とによって圧縮機入口空気流量指令値１３６を決定して
いる。
空燃比になるように圧縮機入口空気流量のフィードフォ
ワード信号を決め（ブロック１６２）、ガスＯ2設定値
１０５と排ガスＯ2の差（ブロック１６４）を比例積分
する形で（ブロック１６８）この圧縮機入口空気流量フ
ィードフォワード信号を補正（ブロック１７０）するこ
とによって圧縮機入口空気流量指令値１３６を決定して
いる。
【０００８】また、予混合燃焼用空気流量調節弁３２０
を有する制御系では調節弁の開度７０６は次のようにし
て決定している。すなわち予混合燃料流量指令値１３４
が決まると予混合空燃比設定値に基づいて予混合空気流
量のフィードフォワード信号を決め（ブロック１７
２）、次にカロリ、空気湿度、スプレットバイアス補正
を加え（ブロック１７６）、所定の関数関係によりＩＦ
Ｃの開度指令値１３８を決定している（ブロック１７
８）。
を有する制御系では調節弁の開度７０６は次のようにし
て決定している。すなわち予混合燃料流量指令値１３４
が決まると予混合空燃比設定値に基づいて予混合空気流
量のフィードフォワード信号を決め（ブロック１７
２）、次にカロリ、空気湿度、スプレットバイアス補正
を加え（ブロック１７６）、所定の関数関係によりＩＦ
Ｃの開度指令値１３８を決定している（ブロック１７
８）。
【０００９】このような従来の制御系は、排ガスＯ2、
カロリー、空気湿度を積極的に補償することに主眼を置
いて開発されたものである。なお、これに関連するもの
としては、特開昭５７−７４５２２号公報、特開昭６０
−２１８５３５号公報などが挙げられる。
カロリー、空気湿度を積極的に補償することに主眼を置
いて開発されたものである。なお、これに関連するもの
としては、特開昭５７−７４５２２号公報、特開昭６０
−２１８５３５号公報などが挙げられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように形成された
ガスタービンシステムであると、予混合燃焼器の供給空
気流量が調整制御されるので、低ＮＯｘ化および安定燃
焼化が図られるように思われる。しかしこの従来の制御
系では、予混合燃焼用の空気流量が予混合燃焼用空気流
量調節弁の開度で制御されることから、実負荷運転に際
し、予混合空気流量が充分所要空気量に合致していると
は言い難い。
ガスタービンシステムであると、予混合燃焼器の供給空
気流量が調整制御されるので、低ＮＯｘ化および安定燃
焼化が図られるように思われる。しかしこの従来の制御
系では、予混合燃焼用の空気流量が予混合燃焼用空気流
量調節弁の開度で制御されることから、実負荷運転に際
し、予混合空気流量が充分所要空気量に合致していると
は言い難い。
【００１１】すなわち予混合空気流量の制御は、予混合
空気流通路の途中に設けられている予混合燃焼空気流量
調節弁の開度により行われるわけであるが、この予混合
燃焼空気流量調節弁の開度と空気流量の関係が、ガスタ
ービンの運転条件、例えば燃焼器の熱伸びあるいは変形
などにより変化し、正確な空気流量を把握することが難
しく正確な空燃比の制御が難しいのが実状であった。
空気流通路の途中に設けられている予混合燃焼空気流量
調節弁の開度により行われるわけであるが、この予混合
燃焼空気流量調節弁の開度と空気流量の関係が、ガスタ
ービンの運転条件、例えば燃焼器の熱伸びあるいは変形
などにより変化し、正確な空気流量を把握することが難
しく正確な空燃比の制御が難しいのが実状であった。
【００１２】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、たとえガスタービンの運転条件に
より所要空気流量が変化しても、正しく空気流量が把握
されて正確な空燃比の制御が行われ、安定な燃焼および
低ＮＯｘ化が可能なこの種ガスタービンシステムの制御
方法および制御装置を提供するにある。
目的とするところは、たとえガスタービンの運転条件に
より所要空気流量が変化しても、正しく空気流量が把握
されて正確な空燃比の制御が行われ、安定な燃焼および
低ＮＯｘ化が可能なこの種ガスタービンシステムの制御
方法および制御装置を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、制御
系に圧縮機入口空気流量及び予混合燃焼用空気流量調節
弁開度とから予混合燃焼用の空気流量オブザーバ信号を
求める手段を設けるとともに、この空気流量オブザーバ
信号が目標値に一致するように制御する手段をもうけ、
予混合燃焼の空燃比制御を行うようになし所期の目的を
達成するようにしたものである。
系に圧縮機入口空気流量及び予混合燃焼用空気流量調節
弁開度とから予混合燃焼用の空気流量オブザーバ信号を
求める手段を設けるとともに、この空気流量オブザーバ
信号が目標値に一致するように制御する手段をもうけ、
予混合燃焼の空燃比制御を行うようになし所期の目的を
達成するようにしたものである。
【００１４】
【作用】このようなガスタービンシステムの制御方法で
あると、ガスタービンの運転条件によって変化する空気
流量特性が、逐次空気流量オブザーバ信号により制御さ
れる手段により補正されるので、ガスタービンの運転条
件にかかわりなく安定した空燃比制御が実現でき、すな
わち予混合燃焼用の空気流量を正確に把握かつ供給でき
るので、予混合燃焼の空燃比を所定の値に保つことが出
来、ＮＯｘ値を低く保つことができる。また安定な燃焼
を実現することができるのである。
あると、ガスタービンの運転条件によって変化する空気
流量特性が、逐次空気流量オブザーバ信号により制御さ
れる手段により補正されるので、ガスタービンの運転条
件にかかわりなく安定した空燃比制御が実現でき、すな
わち予混合燃焼用の空気流量を正確に把握かつ供給でき
るので、予混合燃焼の空燃比を所定の値に保つことが出
来、ＮＯｘ値を低く保つことができる。また安定な燃焼
を実現することができるのである。
【００１５】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１にはそのガスタービンの制御系が線図
で示されている。
に説明する。図１にはそのガスタービンの制御系が線図
で示されている。
【００１６】図中３００が燃焼器であり、この燃焼器で
発生した高温高圧の燃焼ガスによりガスタービン４００
が駆動される。ガスタービン４００には、発電機５００
および圧縮機２００が結合され、この圧縮機の圧縮空気
の大部分が燃焼空気となる。なお、圧縮機の空気入口側
に配置されている２１０は圧縮機入口ガイドベーンであ
る。
発生した高温高圧の燃焼ガスによりガスタービン４００
が駆動される。ガスタービン４００には、発電機５００
および圧縮機２００が結合され、この圧縮機の圧縮空気
の大部分が燃焼空気となる。なお、圧縮機の空気入口側
に配置されている２１０は圧縮機入口ガイドベーンであ
る。
【００１７】また、図中１００はガスタービン燃焼器の
制御装置を示し、この制御装置には、負荷指令１０２、
発電機出力１０４、排ガスＯ2１０６、圧縮機入口空気
流量７００、予混合燃焼空気流量調節弁開度７０６が入
力され、そしてこの制御装置は、全空気流量指令値１３
６、拡散燃料量指令値１３２、予混合燃料量指令値１３
４、予混合空気流量指令値１３８を出力する。
制御装置を示し、この制御装置には、負荷指令１０２、
発電機出力１０４、排ガスＯ2１０６、圧縮機入口空気
流量７００、予混合燃焼空気流量調節弁開度７０６が入
力され、そしてこの制御装置は、全空気流量指令値１３
６、拡散燃料量指令値１３２、予混合燃料量指令値１３
４、予混合空気流量指令値１３８を出力する。
【００１８】このように形成されたガスタービンシステ
ムで、ガスタービンは次のように制御される。すなわち
制御装置１００は、負荷指令１０２より、それに見合っ
た燃料指令１３２、１３４及び全空気流量指令１３６を
決定し、出力する。これによって燃焼器３００の燃焼量
が規定され、ガスタービン４００の出力が規定される。
なお、ガスタービンの回転力により、発電機５００が回
転され、発電機出力１０４として取り出される。
ムで、ガスタービンは次のように制御される。すなわち
制御装置１００は、負荷指令１０２より、それに見合っ
た燃料指令１３２、１３４及び全空気流量指令１３６を
決定し、出力する。これによって燃焼器３００の燃焼量
が規定され、ガスタービン４００の出力が規定される。
なお、ガスタービンの回転力により、発電機５００が回
転され、発電機出力１０４として取り出される。
【００１９】このような制御装置で予混合空気流量指令
値１３８は、ガスタービンの出力より予混合燃焼用空気
流量が所定の値になるように決定される。この空気流量
は発電機出力の関数で与えられ、排ガスＮＯｘが所定の
値になるように予め実験により決められている。
値１３８は、ガスタービンの出力より予混合燃焼用空気
流量が所定の値になるように決定される。この空気流量
は発電機出力の関数で与えられ、排ガスＮＯｘが所定の
値になるように予め実験により決められている。
【００２０】図２は本発明の制御の対象となるガスター
ビン燃焼器３００の要部を断面して示したもので、燃焼
器は拡散燃焼バーナ３３２と予混合燃焼バーナ３３４、
それに予混合燃焼用空気流量調節弁３２０を備えてい
る。
ビン燃焼器３００の要部を断面して示したもので、燃焼
器は拡散燃焼バーナ３３２と予混合燃焼バーナ３３４、
それに予混合燃焼用空気流量調節弁３２０を備えてい
る。
【００２１】このような燃焼器で、燃焼器に供給される
燃料７５０は、拡散燃焼用と予混合燃焼用に分岐され、
夫々の供給流量は、拡散燃料調節弁３１２、予混合燃料
調節弁３１４により制御される。
燃料７５０は、拡散燃焼用と予混合燃焼用に分岐され、
夫々の供給流量は、拡散燃料調節弁３１２、予混合燃料
調節弁３１４により制御される。
【００２２】一方、供給される空気７００は、圧縮機か
ら供給され、燃焼室を形成している燃焼筒の外周、すな
わち燃焼器３００を包むように流れる。供給された空気
の一部は燃焼器をバイパスし燃焼部の後段（図中右側）
に流れ込み（７０８）、残りは燃焼器の冷却と空気自体
の予熱をする。また、予混合燃焼用の空気７０６は予混
合燃焼空気流量調節弁３２０によりその流量が制御さ
れ、残りは拡散燃焼用の空気７０４となる。
ら供給され、燃焼室を形成している燃焼筒の外周、すな
わち燃焼器３００を包むように流れる。供給された空気
の一部は燃焼器をバイパスし燃焼部の後段（図中右側）
に流れ込み（７０８）、残りは燃焼器の冷却と空気自体
の予熱をする。また、予混合燃焼用の空気７０６は予混
合燃焼空気流量調節弁３２０によりその流量が制御さ
れ、残りは拡散燃焼用の空気７０４となる。
【００２３】拡散燃焼バーナ３３２では、燃料と空気と
が混合しながら燃焼し、バーナの直後から火炎７６２が
形成される。一方、予混合燃焼では燃料と空気とが混合
部３４２内で予め混合され、その混合気が燃焼される。
この混合気の燃焼の場合火炎を保持することが難しく、
このため一般には、保炎器が設けられている。ここでは
ブラフボディ３５４と呼ばれる保炎機構を設けている。
予混合火炎７６４はこのブラフボディにより安定に保炎
される。
が混合しながら燃焼し、バーナの直後から火炎７６２が
形成される。一方、予混合燃焼では燃料と空気とが混合
部３４２内で予め混合され、その混合気が燃焼される。
この混合気の燃焼の場合火炎を保持することが難しく、
このため一般には、保炎器が設けられている。ここでは
ブラフボディ３５４と呼ばれる保炎機構を設けている。
予混合火炎７６４はこのブラフボディにより安定に保炎
される。
【００２４】図３は燃料と空気および燃焼の関係を原理
的に表わしたものである。すなわち燃料７５０は、２つ
のパスに分かれ、拡散バーナ３３２と予混合バーナ３３
４で燃焼されて燃焼器の後段で合流される（合流部３５
０）。一方、空気７００は、燃焼器バイパス用空気７０
８、拡散燃焼用空気７０４、それに予混合燃焼用空気７
０６の３つのパスに分かれ、燃焼とバイパス用として使
用される。
的に表わしたものである。すなわち燃料７５０は、２つ
のパスに分かれ、拡散バーナ３３２と予混合バーナ３３
４で燃焼されて燃焼器の後段で合流される（合流部３５
０）。一方、空気７００は、燃焼器バイパス用空気７０
８、拡散燃焼用空気７０４、それに予混合燃焼用空気７
０６の３つのパスに分かれ、燃焼とバイパス用として使
用される。
【００２５】本実施例の特徴は予混合燃焼空気流量調節
弁開度７０６を使用して予混合燃焼用の空気流量推定の
精度を上げている点であるが、具体的な方法は図５で詳
細に説明する。なお、本発明では特にカロリー補正や空
気湿度補正、スプレットバイアス補正を必ずしも必要と
しないが、これらを考慮するようにすればされに良いこ
とは勿論である。
弁開度７０６を使用して予混合燃焼用の空気流量推定の
精度を上げている点であるが、具体的な方法は図５で詳
細に説明する。なお、本発明では特にカロリー補正や空
気湿度補正、スプレットバイアス補正を必ずしも必要と
しないが、これらを考慮するようにすればされに良いこ
とは勿論である。
【００２６】図５は、本発明の制御方法を示すブロック
線図で、前述した図４と同一記号及び番号は同一物ある
いは等価物を示している。なお、図で拡散燃料流量１１
２、予混合燃料流量１１４、全空気流量圧縮機入口空気
流量７００（Ｆａｃｐ）、予混合空気流量デマンドＦａ
ｐｍｄを求める機能は図４の従来例と同じである。勿
論、前述したようにこの図５では省略しているが、カロ
リー、空気湿度、スプレットバイアスの補正があっても
良い。
線図で、前述した図４と同一記号及び番号は同一物ある
いは等価物を示している。なお、図で拡散燃料流量１１
２、予混合燃料流量１１４、全空気流量圧縮機入口空気
流量７００（Ｆａｃｐ）、予混合空気流量デマンドＦａ
ｐｍｄを求める機能は図４の従来例と同じである。勿
論、前述したようにこの図５では省略しているが、カロ
リー、空気湿度、スプレットバイアスの補正があっても
良い。
【００２７】予混合空気流量デマンドＦａｐｍｄが決ま
ると、関数１７８により予混合燃焼空気流量調節弁の開
度指令１３８が決まる。この開度指令１３８は、予混合
空気流量フィードバック制御の出力１４６によって補正
され、予混合空気流量制御３２０の入力信号１４０にな
る。
ると、関数１７８により予混合燃焼空気流量調節弁の開
度指令１３８が決まる。この開度指令１３８は、予混合
空気流量フィードバック制御の出力１４６によって補正
され、予混合空気流量制御３２０の入力信号１４０にな
る。
【００２８】予混合空気流量制御３２０は、予混合燃焼
空気流量調節弁開度指令１４０に実際の開度７０６（Ｓ
ｐｍ）が一致するように制御するものである。ここで問
題なのは、このようにして決めた開度Ｓｐｍによって流
れる空気流量が所望の空気流量Ｆａｐｍｄに一致してい
るとは限らないことである。
空気流量調節弁開度指令１４０に実際の開度７０６（Ｓ
ｐｍ）が一致するように制御するものである。ここで問
題なのは、このようにして決めた開度Ｓｐｍによって流
れる空気流量が所望の空気流量Ｆａｐｍｄに一致してい
るとは限らないことである。
【００２９】そこで本発明では、開度Ｓｐｍから実際に
流れた空気流量を推定しながら制御するようにしたので
ある。すなわち、具体的には開度Ｓｐｍと圧縮機入口空
気流量Ｆａｃｐとから次式により実際に流れた空気流量
野オブザーバ信号１４２（Ｆａｐｍ）を推定している
（ブロック１８４）。
流れた空気流量を推定しながら制御するようにしたので
ある。すなわち、具体的には開度Ｓｐｍと圧縮機入口空
気流量Ｆａｃｐとから次式により実際に流れた空気流量
野オブザーバ信号１４２（Ｆａｐｍ）を推定している
（ブロック１８４）。
【００３０】
【数１】 Ｆａｐｍ＝Ｆａｃｐ*（Ｃｖｐｍ*Ｓｐｍ）／（Ｃｖｄｓ＋Ｃｖｂｐ ＋Ｃｖｐｍ*Ｓｐｍ） ……（１） ここで、Ｆａｐｍは予混合空気流量オブザーバ信号、Ｃ
ｖｐｍは予混合燃焼空気流量調節弁流量係数、Ｃｖｄｓ
は拡散燃焼に流れる空気流量係数、Ｃｖｂｐは燃焼器を
バイパスして流れる空気の流量係数を示している。
ｖｐｍは予混合燃焼空気流量調節弁流量係数、Ｃｖｄｓ
は拡散燃焼に流れる空気流量係数、Ｃｖｂｐは燃焼器を
バイパスして流れる空気の流量係数を示している。
【００３１】このようにして予混合空気流量が推定され
ると次のようにフィードバック制御される。すなわち、
予混合空気流量デマンドＦａｐｍｄと予混合空気流量オ
ブザーバ信号Ｆａｐｍの差１４４をとり（ブロック１８
６）、それがゼロになるようにＰＩ（比例積分）などの
フィードバック制御を実施している（ブロック１８
８）。
ると次のようにフィードバック制御される。すなわち、
予混合空気流量デマンドＦａｐｍｄと予混合空気流量オ
ブザーバ信号Ｆａｐｍの差１４４をとり（ブロック１８
６）、それがゼロになるようにＰＩ（比例積分）などの
フィードバック制御を実施している（ブロック１８
８）。
【００３２】図６は予混合空気流量オブザーバ信号Ｆａ
ｐｍを求める他の実施例を示している。図５の実施例で
は、予混合燃焼空気流量調節弁開度Ｓｐｍと圧縮器入口
空気流量Ｆａｃｐからオブザーバ信号Ｆａｐｍを求める
方法を示したが、実施例では、予混合燃焼空気流量調節
弁開度Ｓｐｍと燃焼器内空気、ガス圧力から空気流量オ
ブザーバ信号Ｆａｐｍを求める方法を示す。
ｐｍを求める他の実施例を示している。図５の実施例で
は、予混合燃焼空気流量調節弁開度Ｓｐｍと圧縮器入口
空気流量Ｆａｃｐからオブザーバ信号Ｆａｐｍを求める
方法を示したが、実施例では、予混合燃焼空気流量調節
弁開度Ｓｐｍと燃焼器内空気、ガス圧力から空気流量オ
ブザーバ信号Ｆａｐｍを求める方法を示す。
【００３３】まず、圧縮器出口空気圧力１１６と燃焼器
内のガス圧力１１８を計測し、その差信号７１２を求
め、次式を用いて空気流量オブザーバ信号Ｆａｐｍを求
める。
内のガス圧力１１８を計測し、その差信号７１２を求
め、次式を用いて空気流量オブザーバ信号Ｆａｐｍを求
める。
【００３４】
【数２】 Ｆａｐｍ＝Ｃｖｐｍ＊Ｓｐｍ＊ＳＱＲＴ（ΔＰ） ……（２） ここで、ＳＱＲＴ（ΔＰ）は圧縮器出口空気圧１１６と
燃焼器内ガス圧１１８の差信号７１２＝ΔＰの平方根を
示している。
燃焼器内ガス圧１１８の差信号７１２＝ΔＰの平方根を
示している。
【００３５】予混合空気流量オブザーバ信号Ｆａｐｍが
求まった後の処理は図５と同様で、予混合燃焼空気流量
調節弁開度指令値１３８を補正する。
求まった後の処理は図５と同様で、予混合燃焼空気流量
調節弁開度指令値１３８を補正する。
【００３６】図７は予混合空気流量オブザーバ信号Ｆａ
ｐｍを求めるさらに他の方法を示している。図５の実施
例では予混合燃焼空気流量調節弁の開度実測値Ｓｐｍと
圧縮機出口空気流量Ｆａｃｐから空気流量のオブザーバ
信号を推定していたが、本実施例では、開度実測値を用
いて予混合調節弁の流量係数Ｃｖｐｍをキャリブレーシ
ョンしているのが特徴である。すなわち、流量係数Ｃｖ
ｐｍは、次式を用いて推定している。
ｐｍを求めるさらに他の方法を示している。図５の実施
例では予混合燃焼空気流量調節弁の開度実測値Ｓｐｍと
圧縮機出口空気流量Ｆａｃｐから空気流量のオブザーバ
信号を推定していたが、本実施例では、開度実測値を用
いて予混合調節弁の流量係数Ｃｖｐｍをキャリブレーシ
ョンしているのが特徴である。すなわち、流量係数Ｃｖ
ｐｍは、次式を用いて推定している。
【００３７】
【数３】 Ｃｖｐｍ＝（Ｆａｃｐ／ＳＱＲＴ（ΔＰ）−Ｃｖｄｓ−Ｃｖｂｐ）／Ｓｐｍ ……（３） この式を用いるメリットは、経年変化や初期設定値の違
いを吸収できる点にある。すなわち、温度によるメカニ
カルなズレが生じてもＣｖｐｍを逐次同定しているので
高精度の空気流量オブザーバ信号を得ることが出来る。
いを吸収できる点にある。すなわち、温度によるメカニ
カルなズレが生じてもＣｖｐｍを逐次同定しているので
高精度の空気流量オブザーバ信号を得ることが出来る。
【００３８】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、予混合燃焼用の空気流量のオブザーバ信号を求め、
それをフィードバック制御に使用しているため、空気流
量の正確な制御が可能になり、すなわち、たとえガスタ
ービンの運転条件により所要空気流量が変化しても、正
しく空気流量が把握されて正確な空燃比の制御が行わ
れ、したがって安定な燃焼および低ＮＯｘ化が可能なこ
の種ガスタービンシステムの制御方法および制御装置を
得ることができる。
ば、予混合燃焼用の空気流量のオブザーバ信号を求め、
それをフィードバック制御に使用しているため、空気流
量の正確な制御が可能になり、すなわち、たとえガスタ
ービンの運転条件により所要空気流量が変化しても、正
しく空気流量が把握されて正確な空燃比の制御が行わ
れ、したがって安定な燃焼および低ＮＯｘ化が可能なこ
の種ガスタービンシステムの制御方法および制御装置を
得ることができる。
【図１】本発明のガスタービンシステムの制御系統図で
ある。
ある。
【図２】本発明を実現するに好適なガスタービン燃焼器
の要部縦断側面図である。
の要部縦断側面図である。
【図３】図２の燃焼器の燃焼メカニズの説明線図であ
る。
る。
【図４】従来のガスタービンシステムの制御系統図であ
る。
る。
【図５】本発明のガスタービンシステムの制御系統図で
ある。
ある。
【図６】本発明の予混合空気流量オブザーバの一実施例
を示す系統図である。
を示す系統図である。
【図７】本発明の流量係数推定機能付予混合空気流量オ
ブザーバの他の実施例を示す系統図である。
ブザーバの他の実施例を示す系統図である。
１００…制御装置、１５２…燃料流量先行指令発生器、
１６０…拡散／予混合配分器、１７２…予混合空燃比設
定器、１７８…予混合空気流量発生器、１８４…空気流
量推定器、１９０…予混合燃焼空気流量調節弁流量係数
推定器、２００…圧縮器、２１０…圧縮器入口ガイドベ
ーン、３００…燃焼器、３１２…拡散燃焼用燃料調節
弁、３１４…予混合燃焼用燃料流量調節弁、３２０…予
混合燃焼空気流量調節弁、３３２…拡散燃焼バーナ、３
３４…予混合燃焼バーナ、３５４…ブラフボディ、４０
０…ガスタービン、５００…発電機。
１６０…拡散／予混合配分器、１７２…予混合空燃比設
定器、１７８…予混合空気流量発生器、１８４…空気流
量推定器、１９０…予混合燃焼空気流量調節弁流量係数
推定器、２００…圧縮器、２１０…圧縮器入口ガイドベ
ーン、３００…燃焼器、３１２…拡散燃焼用燃料調節
弁、３１４…予混合燃焼用燃料流量調節弁、３２０…予
混合燃焼空気流量調節弁、３３２…拡散燃焼バーナ、３
３４…予混合燃焼バーナ、３５４…ブラフボディ、４０
０…ガスタービン、５００…発電機。
フロントページの続き (72)発明者 西原 元久 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大山 宜茂 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 西村 豊 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮寺 博 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 坪井 信義 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 村上 忠考 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 拡散バーナおよび予混合バーナを有する
燃焼器と、該燃焼器へ圧縮空気を供給する空気圧縮機
と、前記予混合バーナの燃焼空気流通路に設けられ、燃
焼用空気の流量を調整する予混合燃焼用空気流量調節弁
と、該予混合燃焼用空気流量調節弁を制御する制御装置
とを備えたガスタービンシステムの制御方法において、 前記圧縮機の入口空気流量、予混合燃焼用空気流量調節
弁の開度、ガスタービンの負荷指令、排ガスＯ2量から
予混合空気流量オブザーバ信号を求め、該オブザーバ信
号に基づいて燃焼器の空燃比を制御するようにしたこと
を特徴とするガスタービンシステムの制御方法。 - 【請求項２】 拡散バーナおよび予混合バーナを有する
燃焼器と、該燃焼器へ圧縮空気を供給する空気圧縮機
と、前記予混合バーナの燃焼空気流通路に設けられ、燃
焼用空気の流量を調整する予混合燃焼用空気流量調節弁
と、該予混合燃焼用空気流量調節弁を制御する制御装置
とを備えてなるガスタービンシステムの制御方法におい
て、 前記予混合燃焼用空気流量調節弁の開度と予混合燃焼用
空気流量調節弁の前後のガス差圧を検出し、この検出値
から予混合空気流量調節弁の流量係数を推定し、該推定
値と前記圧縮機の入口空気流量および予混合燃焼用空気
流量調節弁の開度から予混合燃焼用空気流量のオブザー
バ信号を求め、該空気流量オブザーバ信号が所定の目標
値に一致するようにフィードバック制御するようにした
ことを特徴とするガスタービンシステムの制御方法。 - 【請求項３】 拡散バーナおよび予混合バーナを有する
燃焼器と、該燃焼器へ圧縮空気を供給する空気圧縮機
と、前記予混合バーナの燃焼空気流通路に設けられ、燃
焼用空気の流量を調整する予混合燃焼用空気流量調節弁
とを備え、この予混合燃焼用空気流量調節弁の開度を燃
料供給量に合わせ制御するようになしたガスタービンシ
ステムの制御装置において、 前記予混合燃焼用空気流量調節弁の開度と予混合燃焼用
空気流量調節弁の前後のガス差圧値から予混合空気流量
調節弁の流量係数を推定する手段、該流量係数推定手段
の推定値と前記圧縮機の入口空気流量および予混合燃焼
用空気流量調節弁の開度から予混合燃焼用空気流量のオ
ブザーバ信号を求める手段、該手段の空気流量オブザー
バ信号が所定の目標値に一致するようにフィードバック
制御するフィードバック制御手段を有することを特徴と
するガスタービンシステムの制御装置。 - 【請求項４】 拡散バーナおよび予混合バーナを有する
燃焼器と、該燃焼器へ圧縮空気を供給する空気圧縮機
と、前記予混合バーナの燃焼空気流通路に設けられ、燃
焼用空気の流量を調整する予混合燃焼用空気流量調節弁
とを備え、前記予混合燃焼用空気流量調節弁の開度を燃
料供給量に合わせ制御するようになしたガスタービンシ
ステムの制御装置において、 前記制御装置に、前記圧縮機の入口空気流量と予混合燃
焼用空気流量調節弁の開度から予混合燃焼用空気流量の
オブザーバ信号を求める手段およびこのオブザーバ信号
が所定の目標値に一致するようにフィードバック制御を
する制御手段を設けたことを特徴とするガスタービンシ
ステムの制御装置。 - 【請求項５】 予混合バーナを有する燃焼器と、該燃焼
器へ圧縮空気を供給する空気圧縮機と、該燃焼器の燃焼
空気流通路に設けられ、燃焼用空気の流量を調整する予
混合燃焼用空気流量調節弁と、該予混合燃焼用空気流量
調節弁を制御する制御装置とを備えてなるガスタービン
システムにおいて、 前記制御装置に、前記空気圧縮機の入口空気流量と前記
予混合燃焼用空気流量調節弁の開度とこの予混合燃焼用
空気流量調節弁の前後のガス差圧とから、予混合燃焼用
空気流量調節弁の流量係数を推定する流量係数推定手段
と、 該流量係数推定手段の推定値と前記空気圧縮機の入口空
気流量と前記予混合燃焼用空気流量調節弁の開度とか
ら、予混合燃焼用空気流量のオブザーバ信号を求める手
段と、 該手段にて求められた空気流量オブザーバ信号が所定の
目標値に一致するようにフィードバック制御を行う制御
手段と、を設けたことを特徴とするガスタービンシステ
ム。 - 【請求項６】 拡散バーナおよび予混合バーナを有する
燃焼器と、該燃焼器へ圧縮空気を供給する空気圧縮機
と、前記予混合バーナの燃焼空気流通路に設けられ、燃
焼用空気の流量を調整する予混合燃焼用空気流量調節弁
と、該予混合燃焼用空気流量調節弁を制御する制御装置
とを備えてなるガスタービンシステムにおいて、 前記予混合燃焼用空気流量調節弁の開度、予混合燃焼用
空気流量調節弁前後のガス差圧、負荷指令、発電機出
力、排ガスＯ2量を入力し、前記空気圧縮機の入口ガイ
ドベーン、拡散燃料流量、予混合燃料流量を制御すると
共に、該予混合燃焼用空気流量調節弁の開度と該予混合
燃焼用空気流量調節弁前後のガス差圧とから予混合燃焼
用空気流量のオブザーバ信号を求める手段を有し、かつ
該空気流量オブザーバ信号が所定の目標値に一致するよ
うにフィードバック制御する手段を有することを特徴と
するガスタービンシステム。 - 【請求項７】 拡散バーナおよび予混合バーナを有する
燃焼器と、該燃焼器へ圧縮空気を供給する空気圧縮機
と、前記予混合バーナの燃焼空気流通路に設けられ、燃
焼用空気の流量を調整する予混合燃焼用空気流量調節弁
と、該予混合燃焼用空気流量調節弁を制御する制御装置
とを備えてなるガスタービンシステムにおいて、 前記圧縮機入口空気流量、予混合燃焼用空気流量調節弁
の開度、負荷指令、発電機出力、排ガスＯ2量を入力
し、圧縮機入口ガイドベーン、拡散燃料流量、予混合燃
料流量を制御すると共に、該圧縮機入口空気流量と該予
混合燃焼用空気流量調節弁開度から予混合燃焼用空気流
量のオブザーバ信号を求める手段を有し、かつ該空気流
量オブザーバ信号が所定の目標値に一致するようにフィ
ードバック制御する制御手段を有することを特徴とする
ガスタービンシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5859594A JPH07269373A (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | ガスタービンシステム及びその制御方法及び制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5859594A JPH07269373A (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | ガスタービンシステム及びその制御方法及び制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07269373A true JPH07269373A (ja) | 1995-10-17 |
Family
ID=13088857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5859594A Pending JPH07269373A (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | ガスタービンシステム及びその制御方法及び制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07269373A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003060304A1 (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-24 | Ebara Corporation | Gas turbine apparatus |
| 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 |
| JP2011089520A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | General Electric Co <Ge> | ガスタービン用のモデルベース協調空気燃料制御 |
| JP2012041919A (ja) * | 2010-07-23 | 2012-03-01 | Hitachi Ltd | 燃焼器の制御方法及び制御装置 |
| CN102588113A (zh) * | 2011-01-13 | 2012-07-18 | 通用电气公司 | 化学计量式排气再循环和相关燃烧控制 |
| US8800296B2 (en) | 2007-12-13 | 2014-08-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control method and gas turbine power generating apparatus |
-
1994
- 1994-03-29 JP JP5859594A patent/JPH07269373A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003060304A1 (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-24 | Ebara Corporation | Gas turbine apparatus |
| US8800296B2 (en) | 2007-12-13 | 2014-08-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine control method and gas turbine power generating apparatus |
| 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 |
| JP2011089520A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | General Electric Co <Ge> | ガスタービン用のモデルベース協調空気燃料制御 |
| JP2012041919A (ja) * | 2010-07-23 | 2012-03-01 | Hitachi Ltd | 燃焼器の制御方法及び制御装置 |
| CN102588113A (zh) * | 2011-01-13 | 2012-07-18 | 通用电气公司 | 化学计量式排气再循环和相关燃烧控制 |
| US9074530B2 (en) | 2011-01-13 | 2015-07-07 | General Electric Company | Stoichiometric exhaust gas recirculation and related combustion control |
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