JPS62170735A

JPS62170735A - 燃料ガスシステム

Info

Publication number: JPS62170735A
Application number: JP1021286A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Shimane; 島根　靖
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1987-07-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、燃料ガスシステムに係り、特に、燃料ガス発
熱量の大巾変動に対し、ガスタービン本体の制御弁の制
御可能範囲内に発熱量を制御するに好適なように創作し
た燃料ガスシステムに関する。

〔発明の背景〕

従来の燃料ガスシステムは、特開昭５５−４６０１９号
公報に記載のように、燃料ガス要求信号に対して気体燃
料供給制御弁の前後差圧による補正を加えた弁開度に気
体燃料制御弁を制御するシステムとなっていた。しかし
、燃料ガスの発熱量変動中が±１０％を超える場合、制
御弁の制御可能限界を超える為、ガスタービンが正常な
運転ができなくなる点については配慮されていなかった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、ガスタービンが燃料として、使用する
、ガス田のガスの発熱量が大巾に変動すること、また、
リファイナリガス等においても、発熱量が大巾に変動す
ること、つまり、制御できる発熱量の変動中±１０％以
内に入らない場合についての配慮がされておらず、制御
弁の制御可能限界を超える為、ガスタービンが正常な運
転ができなくなるという問題があった。

つまり、燃料ガスの発熱量の変動巾が±１０％以上であ
る場合、多量に燃焼器に流れないように、制御弁を絞り
込む為、制御範囲を超え、安定した制御ができなくなり
１、さらに、発熱量が高いガスが流れると、全開近傍で
運転されるので、ハンチングが起こり、正常な運転がで
きなくなる。また、発熱量の変動巾が一１０％以下とな
ると、下限の制御範囲を超える為、安定した制御ができ
なくなり、さらに発熱量が低いガスが流れると、制御弁
がフルオープンに近くなり、圧力及び流量制御ができな
くなり、運転不可能となるという問題があった。さらに
、発熱量の高い燃料ガスが多量にガスタービンへ流れた
場合の熱衝撃発生への対応についての配慮がされておら
ず、ガスタービン本体の燃焼器クラック、パケット破損
等が起こるとし）う問題があった。

本発明の目的は、気体燃料を使用する燃料ガスシステム
において、燃料ガスの発熱量が大巾に変動しても、ガス
タービンが正常に運転継続できるシステムを提供するこ
とにある。

〔作用〕

ガスタービンの燃焼器へ燃料ガスを供給するガスタービ
ン燃料ガス供給システムにおいて、燃料ガスの発熱量の
変動が、正常な連続運転に悪影響を及ぼす為、主燃料ガ
ス供給源から燃焼器間に、燃料ガス性状の検出手段、制
御弁、吸入・圧縮機能を持つ装置を設置し、燃料ガス発
熱量が高い揚合は、ガスタービンのコンプレッサーから
一部圧縮空気を抽出し、燃料ガスとその抽出した空気を
混合し、制御可能範囲迄単位体積当りの発熱量を低く制
御できるシステムとした。

また、主燃料ガス発熱量が低い場合は、高発熱量の異常
燃料ガスを主燃料ガスと混合し、制御可能範囲迄単位体
積当りの発熱量を高く制御できる゛１システムとした。

゛”゛・　上記のように、燃料ガス発熱量の大巾変動に
対し、燃料ガス性状の検出手段により、制御弁、吸入・
圧縮機能を持つ装置をコントロールし、ガスタービンが
スムーズに運転できる単位体積当りの発熱量の範囲内に
するシステムとした。

又、主燃料ガスにおいて、燃料ガス遮断、圧力異常（高
、低）等の場合にも、異種燃料ガスラインの制御弁及び
ガスタービン・コンプレッサーからの空気抽出ラインの
制御弁をコントロールする゛ことにより、ガスタービン
をスムーズに運転できる単位体積当りの発熱量の範囲内
にできるシステムとした。

さらに、燃焼器内の不均一燃焼で異常高温になった場合
、また、ガスタービン本体の制御弁が不具合が起きた場
合、排気ガス温度にその影響が出ることに着目し、排気
ガス温度の信号により、ガスタービンの制御弁、主燃料
ガス及び異種燃料ガスラインの制御弁をコントロールで
きるシステムとしたので、機器破損に連がることはない
。

〔発明の実施例〕

燃料ガス源からの主燃料ガスは、配管１、制御弁４を通
り、吸入・圧縮機能をもつ装置（エゼクタ）５、配管６
．圧力比／止弁７、制御弁８及び配管１１を通り、燃焼
器１２に送られ、着火され、ガスタービンが運転される
システムとなっている。

その後、タービンより排気ガスは、煙道１３及び排熱回
収ボイラを通過し、煙突より放出される。

つまり、従来のシステムである第２図に示すシンプルな
システムで運転されることを意味する。

つまり、主燃料ガスの発熱量が、ガスタービンの許容発
熱量の±１０％以内であれば上記システムで問題ないが
、±１０％を越えた場合は、次のシステムで対応するこ
とにより、支障なくガスタービンを運転することができ
る。

まず第１のケースとして、主燃料ガスの発熱量が、ｓｒ
ｓ設定された発熱量より＋１０％以上に変動する場合に
ついて、発明の具体的内容について、下記説明する。

主燃料ガスの発熱量が＋１０％以上である場合、の燃料
ガスのシステムとして、主燃料ガスは、圧力・温度検出
装置２、発熱量検出装置３で、燃料ガス状態が検出され
、制御弁４、エゼクタ５を通過し、制御弁８で圧力・流
量制御される。ところが、本制御弁８の流量とバルブ開
示の関係は、第３図に示すように、発熱量が高い場合、
つまりＡ部に該当する場合は、少ないバルブ開度動作で
、流量が大巾に変動する為、燃料ガス流量（発熱量）を
ガスタービンの負荷に対する流量特性に追従させること
は、非常に困難である。又、第４図は、制御弁８の中の
弁体及び弁座を示すが、弁体と弁座のすき間Ｈが少ない
低流量域においては、弁力Ｐｘ　と燃料ガス流量力Ｐ２
がバランス点に達し、ハンチングを起し、ガスタービン
要求のガス流量を流すことができず、ガスタービンは、
正常に運転できなくなる。そこで、制御弁８が、問題の
ない、制御可能範囲以内に入っていること、つまり第３
図の範囲Ｂに、弁開度が入っていること、及びガスター
ビンに必要な燃料ガス発熱量が供給されることの２点を
守ることが可能ならば、前記問題を解決できることに着
眼した。具体策として、ガスタービン・コンプレッサー
の圧縮空気は、燃焼器で消費される以上の空気があるこ
とに着目し、主燃料ガスが、圧力・温度検出装置２、発
熱量検出装置３、制御弁４．エゼクタ５、圧力比弁／止
弁７、制御弁８．圧力・温度検出装置９、発熱量検出装
置１０を通り、燃焼器１２に流れるシステムに、新たに
、コンプレッサーからの圧縮空気を一部抽出し、配管工
５、制御弁１６、配管１７を通し、前記システムのエゼ
クタ５に接続し、単位体積当りの発熱量を低くする、つ
まり、制御弁８が、安定制御できる範囲まで流量を大き
くできるシステムとした。制御方法としては、主燃料ガ
スラインの圧力・温度検出装置２と発熱量検出装置３の
信号を制御装置２２に送り、そこで必要空気量を演算処
理し、その処理結果の信号に基づき、制御弁１６を制御
し、エゼクタ５に入る空気の圧力・流量を決める。また
、エゼクタ５で混合された燃料ガスがガスタービン要求
値以内に入らない異変があった場合は、燃焼器１２前の
圧力・温度検出装置９、発熱量検出装置１ｏがらの信号
を制御装置２２で演算処理し、その処理結果の信号に基
づき、制御弁４及び制御弁１６を再度、ガスタービンの
要求値以内に入るよう＃御する。上記内容を燃料ガス発
熱量の観点からみると、第５図に示すように、制御弁８
の制御上方限界の開度に対応する燃料ガスの発熱量をｄ
とし、それより低い発熱量Ｃを決めておき、ガスタービ
ンが制御安定する発熱量ｂ　”　ｃ間に入っていたもの
が、発熱量が高くなり、そのまま経過するとｄを超え、
ガスタービンが正常運転できなくなるので、発熱量が０
点になった時、制御装置２２により、制御弁１６及び制
御弁４を制御し、燃料ガスの発熱量をガスタービンが制
御安定する発熱量ｂ　＝　ｃ間に戻し、ガスタービンを
正常運転させることができる。

第２のケースとして、主燃料ガスの発熱量が、標準設定
された発熱量より一１０％以上に変動した場合の燃料ガ
スのシステムとして、主燃料ガスは、圧力・温度検出装
置２、発熱量検出装置３で、燃料ガス状態が検出され、
制御弁４、エゼクタ５を通過し、制御弁８で、圧力・流
量制御される。

ところが、本制御弁８の流量と弁開度の関係は、第３図
に示すように１発熱量が低い場合、つまりＣ部に該当す
る場合は、制御弁８がフルオープン状態となり、少ない
弁開度動作で、流動が大巾に変動する為、燃料ガス流量
（発熱量）をガスタービンの負荷に対する流量特性に追
従することは、非常に困難である。そこで、第１のケー
スと同様に、制御弁８が、問題のない、制御可能範囲以
内に入っていること、つまり、第３図の範囲Ｂに、バル
ブ開示が入っていること、及びガスタービンに必要な燃
料ガス発熱量が供給されることを守ることが可能であれ
ば、ガスタービンは支障なく運転できる。そこで、新た
なガス田からの発熱量の高い燃料ガス、または、リファ
イナリーガスの発熱量の高い燃料ガス源を、第１図に示
すように、配管１８に接続させ、圧力・温度検出装置１
９、御できる範囲まで流量を大きくできるシステムとし
た。制御方法としては、主燃料ガスラインの圧力・温度
検出装置２と発熱量検出装置３の信号を制御装置２２に
送り、また、高発熱量の燃料ガスの圧力・温度検出装置
１９と発熱量検出装置２゜の信号を制御装置２２に送り
、そこで必要な高発熱量の燃料ガス量を演算処理し、そ
の処理結果の信号に基づき、制御弁２１を制御し、エゼ
クタ５に入る燃料ガスの圧力・流量を決める。またエゼ
クタ５で混合された燃料ガスがガスタービンの要求値以
内に入らない異変があった場合は、燃焼器１２前の圧力
・温度検出装置９、発熱量検出装置１０からの信号を制
御装置２２で演算処理し、その処理結果の信号に基づき
、制御弁４及び制御弁２１を再度、ガスタービンの要求
値以内に入るよう制御する。上記内容を燃料ガス発熱量
の観点がらみると、第６図のように、制御弁８の制御下
方用界の開度に対応する燃料ガスの発熱量をａとし、）
お：ｔ、よ、高い発熱量ヶ決あ、おお、ヵユヶ−１２、
Ｉマーが制御安定する発熱量ｂ　”　ｃ間に入っていたものが
５発熱量が低くなり、そのまま経過するとａを超え、ガ
スタービンが正常運転できなくなるので、発熱量がｂ点
になった時、圧力・温度検出装置９、発熱量検出装置１
０の信号を受けた制御装置２２により、制御弁２１及び
制御弁４を制御し、燃料ガスの発熱量をガスタービンの
制御安定する燃料ガス発熱量ｂ　”　ｃ間に戻し、ガス
タービンを正常運転させることができる。

ガスタービンの信頼性を高める為には、ガスタービン本
体の燃焼器・第１段動翼等が燃焼ガスにさらされる温度
を制御する必要があり、その温度と相関関係のあるター
ビン出口の排気ガス温度を排気ガス温度検出袋Ｍ１４に
より検出し、その信号を制御装置２２で演算処理し、燃
料ガスの発熱量を適切に絞り込むようにプログラムして
おき。

各燃料ガスライン、コンプレッサーからの空気ラインの
制御弁４，１６．２１を制御し、燃焼器、第１段動翼等
が、規定以上の温度にならないように制御できるシステ
ムとした。制御として、第７図に示すように、通常の場
合は、（Ｂ）の信号で各ラインの制御弁４，８，１６．
２１を制御されるシステムであるが、不均一燃焼等で異
常高温となった場合でも、ガスタービンに損傷を与えな
いようにする為、ガスタービンの信頼性・保護を最優先
し、排気ガス温度高の信号（Ａ）を（Ｂ）より優先させ
て、その信号（Ａ）に基づき、制御弁４．８，１６，２
１を制御し、燃料ガス・空気の圧力・流量制御するシス
テムとした。

【発明の効果〕

ガスタービンの燃料ガスシステムにおいて、燃料ガスが
制御限界を超えた高発熱量の場合、燃料（１３Ｘガス性状検出手段（圧力・温度検出、発熱量検出装置）
により、コンプレッサーの圧縮空気一部抽出し、高発熱
量の燃料ガスと混合させ、要求値以内とする本システム
を使用することにより、ガスタービンを正常に運転させ
ることができ、それによりガスタービンの信頼性を高め
ることができる。

また、燃料ガスが制御限界を超えた低発熱量の場合、燃
料ガス性状検出手段（圧力・温度検出、発熱量検出装置
）及び、異種燃料ガスラインの高発熱量の燃料ガスのガ
ス性状検出手段との連係操作により、２種類のガスを混
合させ、要求値以内にする本システムを使用することに
より、ガスタービンを正常に運転させることができ、そ
れにより、ガスタービンの信頼性を高めることができる
。

さらに、燃焼器内の不均一燃焼による異常高温、ガスタ
ービン本体の制御弁に不具合が発生しても。

排気ガス温度検出手段により、各燃料ガスライン及び圧
縮空気ラインの制御弁を制御できるシステムとしたので
、機器破損は避けることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明を実施した燃料ガスシステムの系統図、
第２図は、従来の系統図、第３図は制御弁の流量特性図
、第４図は制御弁の概略図、第５図、第６図は燃料ガス
の発熱量特性図、第７図は制御ブロック図である。１・・・配管、２・・・圧力・温度検出装置、３・・・
発熱量検出装置、４・・・制御弁、５・・・吸入・圧縮
機能をもつ装置（エゼクタ）、６・・・配管、７・・・
圧力比／止弁、８・・・制御弁、９・・・圧力・温度検
出装置、１０・・・発熱量検出装置、１１・・・配管、
１２・・・燃焼器、１３・・・煙道、１４・・・排気ガ
ス温度検出装置、１５・・・配管、１６・・・制御弁、
１７・・・配管、１８・・・配管、１９・・・圧力・温
度検・出装置、２０・・・発熱量検出装置、２１・・・
制御弁、２２・・・制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】１、ガスタービンの燃料器へ燃料ガスを供給するガスタ
ービン燃料ガス供給システムにおいて、主燃料ガス供給
源から燃焼器間に、第１の燃料ガス性状の検出手段、第
１の制御弁、吸入・圧縮機能を持つ装置、ガス止弁・ガ
ス制御弁及び燃料ガス性状の検出手段を設置すると共に
、ガスタービンのコンプレッサーから一部圧縮空気を抽
出し、第２の制御弁を設けた配管を、前記吸入・圧縮機
能を持つ装置に接続させ、前記燃料ガス性状の検出手段
からの信号を受けて、前記第１の制御弁、第２の制御弁
を制御する回路を設けたことを特徴とする燃料ガスシス
テム。２、異種燃料ガス配管に、第２の燃料ガス性状の検出手
段、第３の制御弁を設け、前記吸入・圧縮機能をもつ装
置に接続させ、前記第２の燃料ガス性状の検出手段から
の信号を受けて、前記第１の制御弁、第３の制御弁を制
御する回路を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の燃料ガスシステム。３、タービン出口側の排気ガスダストに、温度検出手段
を設け、その信号により、第１の制御弁、第２の制御弁
及び第３の制御弁を制御する回路を設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の燃料ガスシステム。