KR20160027073A

KR20160027073A - 가스 터빈 플랜트, 그 제어 장치, 및 가스 터빈의 운전 방법

Info

Publication number: KR20160027073A
Application number: KR1020167002453A
Authority: KR
Inventors: 요스케 에토; 준 사사하라; 요스케 기타우치
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-03-09
Also published as: JP2015052288A; JP6164994B2; CN105492740A; WO2015033769A1; KR101752110B1; CN105492740B

Abstract

제어 장치(50)는, 연소 가스가 유입되는 터빈(21)의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도를 제어하는 온도 조절 제어부(51)와, 연소기(19)에 공급되는 연료의 단위 열량을 열량계(55)로부터 받아들이고, 단위 열량의 변화에 대하여, 공기압축기(11)에 있어서의 흡기량이 정의 상관성으로 변경시키도록, 흡기량 조절기(15)를 제어하는 흡기량 제어부(52)를 갖는다.

Description

가스 터빈 플랜트, 그 제어 장치, 및 가스 터빈의 운전 방법{GAS TURBINE PLANT, CONTROL DEVICE THEREOF, AND GAS TURBINE OPERATION METHOD}

본 발명은, 가스 터빈을 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트, 그 제어 장치, 가스 터빈의 운전 방법에 관한 것이다. 본 출원은, 2013년 9월 6일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 제2013-185230호에 근거하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.

가스 터빈은, 공기를 압축하는 압축기와, 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈을 구비하고 있다. 연소기에는, 외부로부터의 연료를 연소기에 공급하기 위한 연료 라인이 접속되어 있다. 이 연료 라인에는, 연소기에 공급하는 연료의 유량을 조절하는 연료 유량 조절 밸브가 마련되어 있다. 또, 가스 터빈에는, 예를 들면, 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기가 접속되어 있다.

이 가스 터빈의 운전 방법으로서, 예를 들면, 이하의 특허문헌 1에 개시되어 있는 방법이 있다. 이 방법은, 온도 조절 제어법으로 불리는 방법으로, 연소 가스가 유입되는 터빈 입구의 온도가 미리 정해진 상한 온도로 유지되도록, 연료 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 조절하는 방법이다.

일본 공개특허공보 제평8-42360호

가스 터빈에서는, 연소기에 공급되는 연료의 단위량당 열량인 단위 열량이 커진 경우, 연료 유량 및 흡기량이 일정한 채라면, 터빈의 입구 온도가 상승한다. 이 경우, 상기 온도 조절 제어법에서는, 터빈의 입구 온도가 미리 정해진 상한값이 되도록, 연료 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 작게 하여, 연소기에 공급되는 연료의 유량을 적게 한다.

이로 인하여, 상기 온도 조절 제어법에서는, 단위 열량의 증가에 대하여, 터빈으로의 입열량이 유지되지만, 터빈을 통과하는 가스 유량이 감소하여, 가스 터빈 출력이 감소한다.

따라서, 본 발명은, 터빈의 입구 온도를 일정하게 유지하면서도, 가스 터빈 출력의 변동을 억제할 수 있는 가스 터빈 플랜트, 그 제어 장치, 및 가스 터빈의 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태로서의 가스 터빈 플랜트의 제어 장치는,

흡기량을 조절하는 흡기량 조절기를 갖는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈과, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 유량 조절 밸브를 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연료 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 온도 조절 제어부와, 상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성으로 상기 압축기의 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기를 제어하는 흡기량 제어부를 갖는다.

당해 제어 장치에서는, 연료 유량 조절 밸브의 밸브 개방도는, 온도 조절 제어부에 의하여, 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록 제어된다. 즉, 온도 조절 제어부에 의하여 온도 조절 제어가 실행된다. 이 온도 조절 제어 중에, 단위 열량이 커지면, 터빈의 입구 온도가 높아지기 때문에, 연료 유량 밸브의 밸브 개방도가 작아져, 연소기에 공급되는 연료의 유량이 적어진다. 그 결과, 터빈의 입구 온도는 원래의 온도로 되돌아온다. 터빈의 입구 온도가 온도 조절 제어로 원래의 온도로 되돌아온 시점에서는, 연료 유량이 적어져 있는 관계상, 터빈에 유입되는 가스의 유량도 적어진다. 따라서, 터빈의 입구 온도가 온도 조절 제어로 원래의 온도로 되돌아온 시점에서는, 가스 터빈의 출력이 감소하고 있다.

따라서, 당해 제어 장치의 흡기량 제어부는, 연료의 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성으로 흡기량이 변경되도록, 흡기량 조절기를 제어한다. 즉, 흡기량 제어부는, 연료의 단위 열량이 커지면, 공기 압축기에 의한 흡기량을 증가시킨다. 그 결과, 터빈에 유입되는 가스의 유량이 증가하여, 가스 터빈의 출력도 증가한다. 따라서, 당해 제어 장치에서는, 온도 조절 제어 중에 연료의 단위 열량이 변화되어도, 가스 터빈의 출력 변동을 억제할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 다른 양태로서의 가스 터빈 플랜트의 제어 장치는,

흡기량을 조절하는 흡기량 조절기를 갖는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈과, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 유량 조절 밸브를 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연료 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 온도 조절 제어부와, 상기 압축기와 상기 연소기와 상기 터빈을 갖는 가스 터빈의 출력 변동에 대하여, 부의 상관성으로 상기 압축기의 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기를 제어하는 흡기량 제어부를 갖는다.

당해 제어 장치의 흡기량 제어부는, 온도 조절 제어 중의 가스 터빈의 출력 변동에 대하여, 부의 상관성으로 흡기량이 변경되도록, 흡기량 조절기를 제어한다. 즉, 흡기량 제어부는, 온도 조절 제어 중에 가스 터빈의 출력이 감소하면, 공기 압축기에 의한 흡기량을 증가시킨다. 그 결과, 터빈에 유입되는 가스의 유량이 증가하여, 가스 터빈의 출력도 증가한다. 따라서, 당해 제어 장치에서는, 온도 조절 제어 중의 가스 터빈의 출력 변동을 억제할 수 있다.

여기에서, 상기 다른 양태로서의 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 흡기량 제어부는, 상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성으로 상기 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기를 제어해도 된다.

또, 외부로부터 연료의 단위 열량을 받아들이는, 어느 하나의 상기 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 흡기량 제어부는, 상기 단위 열량의 변화 전의 가스 터빈의 출력이 유지되도록, 변경 후의 상기 흡기량을 정해도 된다.

당해 제어 장치에서는, 온도 조절 제어 중의 가스 터빈의 출력 변동을 보다 억제할 수 있다.

또, 외부로부터 연료의 단위 열량을 받아들이는, 어느 하나의 상기 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 흡기량 조절기는, 상기 압축기의 케이싱에 있어서의 흡기구측에 마련되어, 개방도 변경에 따라 흡기량을 변경하는 입구 안내 날개와, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 변경하는 날개 구동기를 갖고 있고, 상기 흡기량 제어부는, 상기 연료의 단위 열량의 변화량과 상기 입구 안내 날개의 기준 개방도에 대한 개방도 변경량의 미리 정한 관계를 이용하여, 외부로부터 받아들인 상기 연료의 단위 열량의 변화량에 대한 개방도 변경량을 구하고, 상기 개방도 변경량에 상기 기준 개방도를 더하여, 지령 개방도를 결정하며, 상기 지령 개방도를 지령값으로서 상기 흡기량 조절기에 출력하고, 상기 관계는, 상기 연료의 단위 열량으로부터 미리 정해져 있는 기준 단위 열량을 감산한 변화량에 대하여, 상기 개방도 변경량에 정의 상관성을 갖게 하는 관계여도 된다.

또, 입구 안내 날개의 지령 개방도를 지령값으로서 흡기량 조절기에 출력하는 상기 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 관계는, 상기 변화량에 대하여, 상기 단위 열량의 변화 전의 가스 터빈의 출력을 유지할 수 있는 개방도 변경량이 얻어지는 관계여도 된다.

또, 외부로부터 연료의 단위 열량을 받아들이는, 어느 하나의 상기 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 흡기량 제어부는, 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들여 상기 흡기량 조절기에 의한 상기 흡기량의 변경량을 나타내는 지령값을 구하는 지령값 연산부와, 상기 지령값 연산부가 상기 단위 열량을 받아들이고 나서 설정 시간 후에 상기 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기에 대한 상기 지령값의 출력 타이밍을 제어하는 출력 타이밍 제어부를 갖고, 상기 설정 시간은, 상기 흡기량 제어부가 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들이고 나서, 당해 단위 열량의 상기 연료가 상기 연소기에 도달하기까지의 도달 시간에 근거하여 정해져 있어도 된다.

이 경우, 상기 출력 타이밍 제어부는, 상기 연료의 유량을 외부로부터 받아들이고, 상기 유량을 이용하여 상기 도달 시간을 정해도 된다.

또, 상기 출력 타이밍 제어부를 갖는 어느 하나의 상기 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 설정 시간은, 상기 도달 시간과 동일해도 된다.

당해 제어 장치의 흡기량 제어부는, 단위 열량이 변화된 연료가 연소기에 도달하는 시점에, 압축기의 흡기량을 변경한다. 이로 인하여, 당해 제어 장치에서는, 온도 조절 제어 중에 연료 가스의 단위 열량이 변화되어도, 터빈의 입구 온도의 변화를 억제할 수 있다.

또, 상기 출력 타이밍 제어부를 갖는 어느 하나의 상기 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서, 상기 설정 시간은, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 커진 경우에는 상기 도달 시간보다 짧고, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 작아진 경우에는 상기 도달 시간보다 길어도 된다.

당해 제어 장치의 흡기량 제어부는, 연료의 단위 열량이 커진 경우, 당해 연료가 연소기에 도달하기 전에, 압축기의 흡기량을 변경한다. 또, 당해 제어 장치의 흡기량 제어부는, 반대로 연료의 단위 열량이 작아진 경우, 당해 연료가 연소기에 도달한 후에, 압축기의 흡기량을 변경한다. 이로 인하여, 당해 제어 장치에서는, 온도 조절 제어 중에 연료 가스의 단위 열량이 변화되어도, 터빈의 입구 온도의 변화를 억제할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태로서의 가스 터빈 플랜트는,

이상의 어느 하나의 제어 장치와, 상기 압축기와 상기 연소기와 상기 터빈을 갖는 가스 터빈과, 상기 연료 유량 조절 밸브를 구비하고 있다.

당해 가스 터빈 플랜트에서도, 이상의 어느 하나의 제어 장치를 구비하고 있기 때문에, 온도 조절 제어 중의 가스 터빈의 출력 변동을 억제할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 일 양태로서의 가스 터빈의 운전 방법은,

공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈을 구비하고 있는 가스 터빈의 운전 방법에 있어서, 상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 온도 조절 제어 공정과, 상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성을 갖게 하여 상기 압축기의 흡기량을 변경하는 흡기량 제어 공정을 실행한다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 다른 양태로서의 가스 터빈의 운전 방법은,

공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈을 구비하고 있는 가스 터빈의 운전 방법에 있어서, 상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 온도 조절 제어 공정과, 상기 가스 터빈의 출력 변동에 대하여, 부의 상관성을 갖게 하여 상기 압축기의 흡기량을 변경하는 흡기량 제어 공정을 실행한다.

여기에서, 상기 다른 양태로서의 상기 가스 터빈의 운전 방법에 있어서, 상기 흡기량 제어 공정에서는, 상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성을 갖게 하여 상기 흡기량을 변경해도 된다.

또, 외부로부터 연료의 단위 열량을 받아들이는, 어느 하나의 상기 가스 터빈의 운전 방법에 있어서, 상기 흡기량 제어 공정에서는, 상기 단위 열량의 변화 전의 상기 가스 터빈의 출력이 유지되도록, 변경 후의 상기 흡기량을 정해도 된다.

또, 외부로부터 연료의 단위 열량을 받아들이는, 어느 하나의 상기 가스 터빈의 운전 방법에 있어서, 상기 흡기량 제어 공정에서는, 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들여 상기 흡기량의 변경량을 나타내는 지령값을 구하는 지령값 연산 공정과, 상기 지령값 연산 공정에서 상기 단위 열량을 받아들이고 나서 설정 시간 후에 상기 흡기량을 변경하는 타이밍 제어 공정을 실행하고, 상기 설정 시간은, 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들이고 나서, 당해 단위 열량의 상기 연료가 상기 연소기에 도달하기까지의 도달 시간에 근거하여 정해져도 된다.

이 경우, 상기 타이밍 제어 공정에서는, 상기 연료의 유량을 외부로부터 받아들이고, 상기 유량을 이용하여 상기 도달 시간을 정해도 된다.

또, 타이밍 제어 공정을 실행하는, 어느 하나의 상기 가스 터빈의 운전 방법에 있어서, 상기 설정 시간은, 상기 도달 시간과 동일해도 된다. 또, 상기 설정 시간은, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 커진 경우에는 상기 도달 시간보다 짧고, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 작아진 경우에는 상기 도달 시간보다 길어도 된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 온도 조절 제어 중의 가스 터빈의 출력 변동을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 온도 조절 곡선과 각 상태점의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 발명에 관한 제1 실시형태에 있어서의 단위 열량의 변화량과 입구 안내 날개의 개방도 변경량의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 5는 본 발명에 관한 제2 실시형태에 있어서의, 연료 가스의 단위 열량의 변화에 따른 입구 안내 날개의 개방도 변화의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.

이하, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 각종 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

"제1 실시형태"

본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제1 실시형태에 대하여, 도 1~도 3을 이용하여 설명한다.

본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)과, 가스 터빈(10)의 구동으로 발전하는 발전기(31)와, 가스 터빈(10)의 구동으로 연료 가스를 압축하는 가스 압축기(35)와, 가스 터빈(10)의 상태 등을 제어하는 제어 장치(50)를 구비하고 있다.

가스 터빈(10)은, 공기(A)를 압축하여 압축 공기를 생성하는 공기 압축기(11)와, 압축 공기 중에서 연료 가스를 연소시켜 고온의 연소 가스를 생성하는 연소기(19)와, 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈(21)을 구비하고 있다.

공기 압축기(11)는, 압축기 로터(12)와, 이를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(13)과, 공기(A)의 흡기량을 조절하는 흡기량 조절기(15)를 갖고 있다. 흡기량 조절기(15)는, 압축기 케이싱(13)의 흡입구측에 마련되어 있는 입구 안내 날개(16)와, 이 입구 안내 날개(16)의 개방도를 변경하는 안내 날개 구동기(17)를 갖고 있다. 공기 압축기(11)의 토출구와 연소기(19)의 압축 공기 입구의 사이의 압축 공기가 흐르는 압축 공기 유로에는, 이 압축 공기 유로 내의 압력을 검지하는 압력계(56)가 마련되어 있다.

터빈(21)은, 연소 가스에 의하여 회전하는 터빈 로터(22)와, 이 터빈 로터(22)를 회전 가능하게 덮는 터빈 케이싱(23)을 갖고 있다. 터빈(21)의 배기구에는, 터빈(21)으로부터 배기되는 연소 가스인 배기가스의 온도를 검지하는 온도계(57)가 마련되어 있다. 압축기 로터(12)와 터빈 로터(22)는 서로 연결되고, 일체가 되어 가스 터빈 로터(28)를 이루고 있다.

발전기(31)는, 발전기 로터(32)와, 이 발전기 로터(32)를 회전 가능하게 덮는 발전기 케이싱(33)을 갖고 있다. 발전기 로터(32)는, 가스 터빈 로터(28)에 연결되어 있다. 이로 인하여, 가스 터빈 로터(28)가 회전하면, 발전기 로터(32)도, 일체적으로 회전한다. 이 발전기(31)에는, 이 발전기(31)에 의한 발전량을 검지하는 출력계(58)가 마련되어 있다.

가스 압축기(35)는, 압축기 로터(36)와, 이것을 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(37)을 갖고 있다. 가스 압축기(35)의 압축기 로터(36)는, 증속기(38)를 통하여, 발전기 로터(32) 또는 가스 터빈 로터(28)와 기계적으로 접속되어 있다. 이 가스 압축기(35)의 토출구와 연소기(19)는, 고압 연료 가스 라인(44)으로 접속되어 있다. 이 고압 연료 가스 라인(44)에는, 여기를 지나는 연료 가스의 유량을 조절하는 연료 유량 조절 밸브(47)가 마련되어 있다.

이 가스 터빈 플랜트는, 제철소(61) 및 코크스 플랜트(62)로부터 연료 가스가 공급된다. 제철소(61)는, 제철소(61)의 용광로로부터 저칼로리 연료 가스로서의 BFG(Blast Furnace Gas)를 발생한다. 이 용광로에는, BFG가 흐르는 BFG 라인(41)이 접속되어 있다. BFG 라인(41)에는, 이 BFG의 유량을 조절하는 BFG 유량 조절 밸브(45)가 마련되어 있다. 코크스 플랜트(62)는, 코크스 플랜트(62)의 코크스로로부터 고칼로리 연료 가스로서의 COG(Coke Oven Gas)를 발생한다. 이 코크스로에는, COG가 흐르는 COG 라인(42)이 접속되어 있다. COG 라인(42)에는, COG의 유량을 조절하는 COG 유량 조절 밸브(46)가 마련되어 있다. BFG 라인(41)과 COG 라인(42)은, 합류하여 저압 연료 가스 라인(43)이 된다. 이 저압 연료 가스 라인(43)은, 가스 압축기(35)의 흡입구에 접속되어 있다. 저압 연료 가스 라인(43)에는, 여기를 지나는 가스의 단위량(단위 체적 또는 단위 중량)당 열량인 단위 열량을 계측하는 열량계(55)가 마련되어 있다.

또한, 이하에서는, 저압 연료 가스 라인(43) 및 고압 연료 가스 라인(44)에, BFG만이 흐르고 있는 경우, COG만이 흐르고 있는 경우, BFG와 COG가 서로 섞여 흐르고 있는 경우 중 어느 경우에도, 저압 연료 가스 라인(43) 및 고압 연료 가스 라인(44)에 흐르는 가스를 연료 가스라고 한다.

제어 장치(50)는, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도를 제어하는 온도 조절 제어부(51)와, 흡기량 조절기(15)의 입구 안내 날개(16)의 개방도를 제어하는 흡기량 제어부(52)를 갖고 있다.

온도 조절 제어부(51)는, 가스 터빈(10)의 연소기(19)로부터 연소 가스가 유입되는 터빈(21)의 입구 온도가 미리 정해진 상한값을 유지하도록, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도를 제어한다. 이로 인하여, 온도 조절 제어부(51)는, 터빈(21)의 입구 온도를 인식할 필요가 있다. 그러나, 터빈(21)의 입구 온도는, 천수백℃로 매우 높은 온도이기 때문에, 열전대 등의 온도계로 터빈(21)의 입구 온도를 검지하는 것이 어렵다. 따라서, 본 실시형태에서는, 공기 압축기(11)의 토출구와 연소기(19)의 압축 공기 입구의 사이의 압축 공기 유로 내의 압력과, 터빈(21)으로부터 배기되는 배기가스의 온도로부터 터빈(21)의 입구 온도를 실질적으로 추정한다.

터빈(21) 내에서는, 터빈(21)의 가스 입구로부터 가스 출구까지의 사이에서 가스가 단열 팽창한다고 생각할 수 있다. 이로 인하여, 터빈(21)의 입구 압력과 터빈(21)의 출구 압력의 비인 터빈 압력비와, 터빈(21)의 출구 온도를 파악할 수 있으면, 터빈(21)의 입구 온도를 추정할 수 있다.

그런데, 터빈(21)의 입구 압력은, 연소기(19)의 가스 입구에 있어서의 압력에 대하여, 가스가 연소기(19)를 통과할 때의 압력 손실만큼 낮다. 그러나, 이 압력 손실은 거의 일정하다고 생각해도 된다. 또, 터빈(21)의 출구 압력은, 대략 대기압으로 거의 일정하기 때문에, 실질적으로 고정값으로서 취급할 수 있다. 이로 인하여, 터빈(21)의 입구 압력에 대하여 일정 압력 손실만큼 낮은 연소기(19)의 가스 입구에 있어서의 압력을 터빈 압력비로 대체할 수 있다. 따라서, 연소기(19)의 가스 입구에 있어서의 압력과 터빈(21)의 출구 온도를 파악할 수 있으면, 터빈(21)의 입구 온도를 추정할 수 있다.

본 실시형태에서는, 이상의 견지로부터, 압축 공기 유로 내의 압력과, 터빈(21)으로부터 배기되는 배기가스의 온도로부터 터빈(21)의 입구 온도를 실질적으로 추정한다. 이로 인하여, 본 실시형태에서는, 압축 공기 유로 내의 압력을 압력계(56)로 검지하고, 터빈(21)으로부터 배기되는 배기가스의 온도를 온도계(57)로 검지한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs와 배기가스의 온도 Tex와 터빈(21)의 입구 온도 Tin은, 터빈(21)의 입구 온도 Tin을 일정하게 하는 경우, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs의 증가에 따라 배기가스의 온도 Tex가 낮아지는 관계가 있다. 이 터빈(21)의 입구 온도 Tin을 일정하게 하는 경우의 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs와 배기가스의 온도 Tex의 관계를 나타내는 곡선은, 일반적으로 온도 조절 곡선 H로 불린다. 본 실시형태의 온도 조절 제어부(51)에는, 터빈(21)의 입구 온도 Tin이 미리 정한 상한값일 때의 온도 조절 곡선 H가 기억되어 있다. 또, 온도 조절 제어부(51)에는, 압력계(56)로 검지된 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs와, 온도계(57)로 검지된 배기가스의 온도 Tex가 입력된다. 온도 조절 제어부(51)는, 상기 서술한 바와 같이, 터빈(21)의 입구 온도를 실질적으로 추정하지만, 이 입구 온도 자체를 추정하는 것은 아니다. 즉, 온도 조절 제어부(51)는, 입구 온도가 상한값일 때의 온도 조절 곡선 H를 이용하여, 터빈(21)의 입구 온도가 이 상한값인지, 이 상한값보다 높은지 또는 낮은지를 인식한다.

만일, 현재의 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs1과 배기가스의 온도 Tex1에 의하여 정해지는 현재의 상태점 S1이 온도 조절 곡선 H 상에 있다고 하자. 이 경우, 온도 조절 제어부(51)는, 현재의 입구 온도는 목표로 하고 있는 상한값이라고 인식한다. 그 후, 터빈(21)에 공급되는 압축 공기의 유량이 일정한 상태에서, 연료 가스의 단위 열량이 커졌다고 하자. 이 경우, 터빈(21)의 입구 압력 및 입구 온도가 높아지는 관계로, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs는 높아져 압력 Pcs2가 됨과 함께, 배기가스의 온도 Tex도 높아져 온도 Tex2가 된다. 이 압력 Pcs2와 온도 Tex2로 정해지는 상태점 S2에서는, 온도 조절 곡선 H보다 배기가스의 온도 Tex가 높기 때문에, 온도 조절 제어부(51)는, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값보다 높아졌다고 인식한다. 온도 조절 제어부(51)는, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값보다 높아졌다고 인식하면, 연료 유량 조절 밸브(47)에 대하여, 밸브 개방도를 작게 할 것을 지시한다. 그 결과, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도가 작아져, 연소기(19)에 공급되는 연료 가스의 유량이 적어진다. 연료 가스의 유량이 적어지면, 배기가스의 온도 Tex가 저하됨과 함께, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs도 저하되어, 최종적으로, 상태점 S3(Pcs3, Tex3)이 온도 조절 곡선 H 상에 위치하게 된다. 즉, 터빈(21)의 입구 온도는, 목표의 상한값으로 되돌아온다.

이상과 같이, 온도 조절 제어부(51)는, 먼저, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs1과 배기가스의 온도 Tex1로부터, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값인지, 이 상한값보다 높은지 또는 낮은지를 인식한다. 그리고, 온도 조절 제어부(51)는, 이 인식에 근거하여, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값을 유지하도록, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도를 제어한다. 즉, 온도 조절 제어부(51)는, 온도 조절 제어 공정을 실행한다.

그런데, 온도 조절 제어부(51)에 의한 온도 조절 제어 후의 상태점 S3에서는, 연료 가스의 단위 열량이 커지기 전과 비교하여, 터빈(21)의 입구 온도는 같지만, 연료 가스의 유량이 감소되어 있기 때문에, 터빈(21)에 유입되는 연소 가스의 유량도 감소되어 있다. 이로 인하여, 상태점 S3에서는, 연료 가스의 단위 열량이 커지기 전과 비교하여, 터빈(21)의 입구 압력이 낮아져 있음과 함께, 터빈 압력비가 작아져 있다. 따라서, 온도 조절 제어부(51)에 의한 온도 조절 제어 후의 상태점 S3에서는, 연료 가스의 단위 열량이 커지기 전과 비교하여, 가스 터빈(10)의 출력 및 가스 터빈(10) 전체의 출력이 감소되어 있다.

또, 이상과는 반대로, 터빈(21)에 공급되는 압축 공기의 유량이 일정한 상태에서, 연료 가스의 단위 열량이 작아진 경우, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs가 저하됨과 함께, 배기가스의 온도 Tex도 저하된다. 이 경우, 상태점 S에 있어서의 배기가스(Tex)가 온도 조절 곡선 H 상보다 낮아지기 때문에, 온도 조절 제어부(51)는, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값보다 낮아졌다고 인식한다. 온도 조절 제어부(51)는, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값보다 낮아졌다고 인식하면, 연료 유량 조절 밸브(47)에 대해서, 밸브 개방도를 크게 하는 지시를 부여한다. 그 결과, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도가 커져, 연소기(19)에 공급되는 연료 가스의 유량이 많아진다. 연료 가스의 유량이 많아지면, 배기가스의 온도 Tex가 높아짐과 함께, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs도 높아져, 최종적으로, 상태점 S가 온도 조절 곡선 H 상으로 되돌아온다. 이 상태점 S에서는, 연료 가스의 단위 열량이 작아지기 전과 비교하여, 터빈(21)의 입구 온도는 같지만, 연료 가스의 유량이 증가되어 있기 때문에, 터빈(21)에 유입되는 연소 가스의 유량도 증가되어 있다. 이로 인하여, 이 상태점 S에서는, 연료 가스의 단위 열량이 작아지기 전과 비교하여, 터빈(21)의 입구 압력이 높아져 있음과 함께, 터빈 압력비가 커져 있다. 따라서, 온도 조절 제어부(51)에 의한 온도 조절 제어 후의 상태점 S에서는, 연료 가스의 단위 열량이 작아지기 전과 비교하여, 가스 터빈(10)의 출력은 증가되어 있다.

이상과 같이, 온도 조절 제어 중, 연료 가스의 단위 열량이 변화되면, 이 변화에 따라 가스 터빈 출력도 변화된다. 보다 구체적으로는, 온도 조절 제어 중에 있어서의 연료 가스의 단위 열량의 변화에 대하여, 가스 터빈 출력의 변화는, 부의 상관성이 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 온도 조절 제어 중에 있어서의 연료 가스의 단위 열량의 변화에 따른 가스 터빈 출력의 변화를 억제하기 위하여, 흡기량 제어부(52)가 흡기량 조절기(15)의 입구 안내 날개(16)의 개방도를 제어한다. 즉, 흡기량 제어부(52)는, 흡기량 제어 공정을 실행한다.

흡기량 제어부(52)는, 열량계(55)로부터 연료 가스의 단위 열량을 수시로 받아들이고 있다. 흡기량 제어부(52)는, 받아들인 단위 열량에 근거하여, 단위 열량의 변화를 인식하고, 이 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성으로 공기 압축기(11)의 흡기량이 변경되도록, 흡기량 조절기(15)를 제어한다. 바꾸어 말하면, 흡기 유량 제어부는, 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성으로 입구 안내 날개(16)의 개방도가 변경되도록, 공기 압축기(11)의 흡기량 조절기(15)에 지령값을 출력한다. 즉, 흡기량 제어부(52)는, 단위 열량이 커지면, 입구 안내 날개(16)의 개방도가 커지도록, 흡기량 조절기(15)에 지령값을 출력한다.

만일, 도 2를 이용하여 상기 서술한 바와 같이, 연료 가스의 단위 열량이 커져 온도 조절 제어가 실행된 결과, 상태점 S3이 온도 조절 곡선 H 상에 위치하게 되었다고 하자. 이 경우, 흡기량 제어부(52)는, 단위 열량이 커진 것에 근거하여, 입구 안내 날개(16)의 개방도가 커지도록, 흡기량 조절기(15)에 지령값을 출력한다.

입구 안내 날개(16)의 개방도가 커져, 공기 압축기(11)의 흡기량이 증가하면, 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs는 높아져 압력 Pcs4가 되는 한편, 배기가스의 온도 Tex가 저하되어 온도 Tex4가 된다. 이 압력 Pcs4와 온도 Tex4로 정해지는 상태점 S4에서는, 온도 조절 곡선 H보다 배기가스의 온도 Tex가 낮기 때문에, 온도 조절 제어부(51)는, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값보다 낮아졌다고 인식한다. 그리고, 온도 조절 제어부(51)는, 연료 유량 조절 밸브(47)에 대하여, 밸브 개방도를 크게 할 것을 지시한다. 그 결과, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도가 커져, 연소기(19)에 공급되는 연료 가스의 유량이 많아진다. 연료 가스의 유량이 많아지면, 배기가스의 온도 Tex가 높아짐과 함께, 터빈(21)의 입구 압력과 거의 같은 압축 공기 유로 내의 압력 Pcs도 높아져, 최종적으로, 상태점 S5(Pcs5, Tex5)가 온도 조절 곡선 H 상에 위치하게 된다. 즉, 터빈(21)의 입구 온도는, 목표의 상한값으로 되돌아온다.

이 상태점 S5에서는, 입구 안내 날개(16)의 개방도가 커지기 전의 상태점 S3일 때와 비교하여, 터빈(21)의 입구 온도는 같지만, 연료 가스의 유량이 증가되어 있는 관계로, 터빈(21)의 입구 압력이 높아져 있다. 이로 인하여, 이 상태점 S5에서는, 입구 안내 날개(16)의 개방도가 커지기 전의 상태점 S3일 때와 비교하여, 터빈 압력비가 높아져 있다. 또한 이 상태점 S5에서는, 입구 안내 날개(16)의 개방도가 커지기 전의 상태점 S3일 때와 비교하여, 터빈(21)에 유입되는 연소 가스의 유량도 증가되어 있다. 따라서, 이 상태점 S5에서는, 입구 안내 날개(16)의 개방도가 커지기 전의 상태점 S3일 때와 비교하여, 가스 터빈(10)의 출력은 증가되어 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 온도 조절 제어 중, 연료 가스의 단위 열량이 변화되어도, 가스 터빈 출력의 변동을 억제할 수 있다.

여기에서, 연료 가스의 단위 열량이 변화된 경우의 입구 안내 날개(16)의 개방도 변경량은, 미리 정한 단위 변경량이어도 되고, 단위 열량의 변화량에 대응한 변경량이어도 된다. 입구 안내 날개(16)의 개방도 변경량을 단위 변경량으로 한 경우, 연료 가스의 단위 열량의 변화에 따라 입구 안내 날개(16)의 개방도를 변경해도, 발전기(31)에 마련되어 있는 출력계(58)로 검지된 발전량(≒가스 터빈(10) 출력)이 단위 열량의 변화 전과 비교하여 작은 경우에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 재차, 입구 안내 날개(16)의 개방도를 변경하도록 해도 된다.

또, 입구 안내 날개(16)의 개방도 변경량을 단위 열량의 변화량에 대응한 변경량으로 하는 경우, 흡기량 제어부(52)에는, 단위 열량의 변화량과 개방도 변경량의 관계를 미리 기억해 둔다. 이 관계는, 단위 열량의 변화량의 증가에 대하여 개방도 변경량이 증가하여, 가스 터빈(10) 출력을 대략 유지할 수 있는 관계이다. 흡기량 제어부(52)는, 이 관계를 이용하여, 단위 열량의 변화량에 대응한 개방도 변경량을 구한다.

또, 입구 안내 날개(16)의 개방도 변경량을 단위 열량의 변화량에 대응한 변경량으로 하는 경우, 단위 열량의 변화량으로서, 기준 단위 열량에 대한 변화량을 채용하고, 입구 안내 날개(16)의 개방도 변경량으로서, 입구 안내 날개(16)의 기준 개방도에 대한 변경량을 채용해도 된다. 이 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 흡기량 제어부(52)에는, 열량계(55)로 계측된 단위 열량(Cd)으로부터 기준 단위 열량(Cs)을 감산한 변화량(Cd-Cs)과, 입구 안내 날개의 기준 개방도 As에 대한 개방도 변경량(Ac)의 관계(f)를 미리 기억해 둔다. 이 관계(f)도, 단위 열량의 변화량(Cd-Cs)의 증가에 대하여 개방도 변경량(Ac)이 증가하고, 가스 터빈(10) 출력을 유지할 수 있는 관계이다. 또한, 도 3 중에서, 관계(f)를 나타내는 선의 기울기를 적절히 정함으로써, 이 관계(f)가 가스 터빈(10) 출력을 유지할 수 있는 관계가 된다. 흡기량 제어부(52)에는, 이 관계(f)를 함수로서 기억해 두어도 되고, 단위 열량의 각 변화량 마다의 개방도 변경량의 맵으로서 기억해 두어도 된다.

흡기량 제어부(52)는, 열량계(55)로부터 단위 열량(Cd)을 받아들이면, 이 단위 열량(Cd)으로부터 기준 단위 열량(Cs)을 감산하여 변화량(Cd-Cs)을 구한다. 다음으로, 흡기량 제어부(52)는, 관계(f)를 이용하여 변화량(Cd-Cs)에 대한 개방도 변경량(Ac)을 구한다. 그리고, 이하의 식에 나타내는 바와 같이, 변화량(Cd-Cs)에 대한 개방도 변경량(Ac)에 기준 개방도 As를 더하여 지령 개방도 Ai를 구하고, 이 지령 개방도 Ai를 지령값으로서 흡기량 조절기(15)에 출력한다.

Ai=As+f(Cd-Cs)=As+Ac

또한, 이상에서는, 연료 가스의 단위 열량을 수시 계측하고, 온도 조절 제어 중에 연료 가스의 단위 열량이 변화된 경우, 계측으로 얻어진 단위 열량의 변화량에 근거하여, 입구 안내 날개(16)의 개방도, 바꾸어 말하는 공기 압축기(11)의 흡기량을 제어하고 있다. 그러나, 예를 들면, 발전기(31)의 발전량 등으로 나타나는 가스 터빈 출력을 수시 계측하고, 온도 조절 제어 중에 연료 가스의 단위 열량이 변화되어 가스 터빈 출력이 변화된 경우, 계측으로 얻어진 가스 터빈 출력 변화량에 근거하여, 입구 안내 날개(16)의 개방도, 바꾸어 말하는 공기 압축기(11)의 흡기량을 제어해도 된다.

"제2 실시형태"

다음으로, 도 4 및 도 5를 이용하여, 본 발명에 관한 가스 터빈 플랜트의 제2 실시형태에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 제1 실시형태의 가스 터빈 플랜트와 비교하여, 제어 장치의 구성이 다른 것을 제외하고, 기본적으로 동일하다. 따라서, 이하에서는, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트의 제어 장치(50a)에 대하여 주로 설명한다.

본 실시형태의 제어 장치(50a)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 마찬가지로, 온도 조절 제어부(51)와 흡기량 제어부(52a)를 갖는다. 단, 본 실시형태의 제어 장치(50a)에 있어서의 흡기량 제어부(52a)는, 제1 실시형태의 흡기량 제어부(52)와 다르다.

본 실시형태의 흡기량 제어부(52a)는, 열량계(55)로 계측된 연소 가스의 단위 열량에 근거하여 지령 개방도(지령값)를 구하는 지령값 연산부(53)와, 흡기량 조절기(15)로의 지령 개방도(지령값)의 출력 타이밍을 제어하는 출력 타이밍 제어부(54)를 갖고 있다.

지령값 연산부(53)는, 제1 실시형태에서 예시한 어느 하나의 방법으로 지령 개방도(지령값)를 구한다.

출력 타이밍 제어부(54)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 지령값 연산부(53)가 열량계(55)로부터 단위 열량을 받아들이고 나서(t2), 설정 시간(Ts) 후에 흡기량이 변경되도록, 흡기량 조절기(15)에 대한 지령값의 출력 타이밍을 제어한다. 이 설정 시간(Ts)은, 지령값 연산부(53)가 열량계(55)로부터 단위 열량을 받아들이고 나서(t2), 이 단위 열량의 연료 가스가 연소기(19)에 도달하기까지의 도달 시간(Tr)에 근거하여 정해져 있다. 본 실시형태에서는, 단위 열량이 커진 경우, 이 설정 시간(Ts)을 도달 시간(Tr)보다 약간 짧은 시간으로 설정하고, 단위 열량이 작아진 경우, 이 설정 시간(Ts)을 도달 시간(Tr)보다 약간 긴 시간으로 설정한다.

본 실시형태의 저압 연료 가스 라인(43) 또는 고압 연료 가스 라인(44)에는, 여기를 지나는 연료 가스의 유량을 검지하는 유량계(59)가 마련되어 있다. 출력 타이밍 제어부(54)는, 이 유량계(59)로 검지된 유량과, 열량계(55)가 연소 가스를 샘플링하는 위치로부터 연소기(19)의 연료 가스 입구까지의 라인 거리 등을 이용하여, 상기 서술한 도달 시간(Tr)을 구한다. 출력 타이밍 제어부(54)는, 이 도달 시간(Tr)을 기준으로 하여, 예를 들면, 이 도달 시간(Tr)보다 미리 정해진 시간만큼 짧은 설정 시간(Ts)을 정한다. 또한, 상기 서술한 도달 시간(Tr)은, 유량계(59)로 검지된 유량을 이용하는 대신에, 예를 들면, 연료 유량 조절 밸브(47)의 밸브 개방도로부터 추정되는 유량을 이용해도 된다.

다음으로, 도 5에 따라, 연료 가스의 단위 열량의 변화에 따른 공기 압축기(11)의 입구 안내 날개(16)의 개방도 변화에 대하여 설명한다.

만일, 열량계(55)의 가스 샘플링 위치에 있어서의 단위 열량(Ca)이, 시각 t1일 때에 커졌다고 하자. 열량계(55)가 연료 가스를 샘플링하고 나서, 이 연료 가스의 단위 열량을 구하고, 제어 장치(50a)의 지령값 연산부(53)가 이 단위 열량을 받아들이기까지는, 제1 소정 시간(T1) 걸린다. 이로 인하여, 제어 장치(50a)의 지령값 연산부(53)가 열량계(55)로부터 받아들이는 단위 열량(Cb)은, 시각 t1로부터 제1 소정 시간(T1) 후인 시각 t2로 변화된다.

열량계(55)의 가스 샘플링 위치에 있어서의 연료 가스는, 일부가 열량계(55)로 샘플링되고, 나머지가, 저압 연료 가스 라인(43), 가스 압축기(35), 및 고압 연료 가스 라인(44)을 경유하여, 연소기(19)에 도달한다. 열량계(55)의 가스 샘플링 위치로부터, 연료 가스가 연소기(19)에 도달하기까지의 시간은, 제1 소정 시간(T1)보다 긴 제2 소정 시간(T2)이다. 따라서, 연소기(19)에 유입되는 연료 가스의 단위 열량(Cc)은, 시각 t1로부터 제2 소정 시간(T2) 후, 바꾸어 말하면, 시각 t2로부터 상기 서술한 도달 시간(Tr) 후의 시각 t4로 커진다. 따라서, 제1 소정 시간(T1)과 도달 시간(Tr)과 제2 소정 시간(T2)의 관계는, 이하의 식으로 나타나는 관계가 있다.

T1+Tr=T2

이로 인하여, 도달 시간(Tr)을 구하는 경우, 미리 제1 소정 시간(T1)을 계측해 두고, 이 제1 소정 시간(T1)을 출력 타이밍 제어부(54)에 기억해 둔다. 출력 타이밍 제어부(54)는, 먼저, 유량계(59)로 검지된 유량과, 열량계(55)가 연소 가스를 샘플링하는 위치로부터 연소기(19)의 연료 가스 입구까지의 라인 거리 등을 이용하여, 제2 소정 시간(T2)을 구한다. 그리고, 출력 타이밍 제어부(54)는, 제2 소정 시간(T2)으로부터 제1 소정 시간(T1)을 감산하여, 도달 시간(Tr)을 구한다.

상기 서술한 바와 같이, 출력 타이밍 제어부(54)가 취급하는 설정 시간(Ts)은, 단위 열량(Ca)이 커진 경우, 도달 시간(Tr)보다 약간 짧은 시간이다. 이로 인하여, 공기 압축기(11)의 입구 안내 날개(16)의 개방도는, 연소기(19)에 유입되는 연료 가스의 단위 열량(Cc)이 커지는 시각 t4보다 전의 시각 t3에, 커진다. 즉, 본 실시형태에서는, 연소기(19)에 유입되는 연료 가스의 단위 열량의 변화에 대하여, 공기 압축기(11)의 입구 안내 날개(16)의 개방도를 선행 제어한다.

이와 같이, 연료 가스의 단위 열량(Cc)이 커지는 시각 t4보다 전의 시각 t3에, 공기 압축기(11)의 입구 안내 날개(16)의 개방도가 커지면, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값보다 그다지 높아지지 않는 동안에, 또는, 터빈(21)의 입구 온도가 높아지기 전에, 흡기량의 증가와 온도 조절 제어에 의하여, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값으로 되돌아온다.

또, 상기 서술한 바와 같이, 출력 타이밍 제어부(54)가 취급하는 설정 시간(Ts)은, 단위 열량(Ca)이 작아진 경우, 도달 시간(Tr)보다 약간 긴 시간이다. 이로 인하여, 공기 압축기(11)의 입구 안내 날개(16)의 개방도는, 연소기(19)에 유입되는 연료 가스의 단위 열량(Cc)이 작아지는 시각보다 후의 시각에, 작아진다.

이와 같이, 연료 가스의 단위 열량(Ca)이 작아지는 시각보다 후의 시각에, 공기 압축기(11)의 입구 안내 날개(16)의 개방도가 작아지면, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값보다 낮아진 후에, 흡기량의 감소와 온도 조절 제어에 의하여, 터빈(21)의 입구 온도가 상한값으로 되돌아온다.

이로 인하여, 본 실시형태에서는, 온도 조절 제어 중에 연료 가스의 단위 열량이 변화되어도, 터빈(21)의 입구 온도의 변화를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 연소기(19) 및 터빈(21)의 내구성을 높일 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 단위 열량이 커진 경우, 설정 시간(Ts)을 도달 시간(Tr)보다 약간 짧은 시간으로 설정하고, 단위 열량이 작아진 경우, 이 설정 시간(Ts)을 도달 시간(Tr)보다 약간 긴 시간으로 설정한다. 그러나, 설정 시간(Ts)을 도달 시간(Tr)과 동일한 시간으로 해도, 이상과 같이, 온도 조절 제어 중에 연료 가스의 단위 열량의 변화에 대하여, 터빈(21)의 입구 온도의 변화를 억제할 수 있다.

그런데, 이상에서 설명한 선행 제어를 실행하지 않는 경우, "제1 실시형태"의 란에서 서술한 것처럼, 계측으로 얻어진 가스 터빈 출력의 변화량에 근거하여 입구 안내 날개(16)의 개방도를 제어하는 것은 가능하다. 그러나, 이상에서 설명한 선행 제어를 실행하는 경우, 계측으로 얻어진 가스 터빈 출력의 변화량에 근거하여 입구 안내 날개(16)의 개방도를 제어할 수는 없다. 즉, 연소기(19)에 유입되는 연료 가스의 단위 열량이 변화될 때 또는 변화되기 전에, 공기 압축기(11)의 입구 안내 날개(16)의 개방도를 변경할 수는 없다. 따라서, 이상에서 설명한 선행 제어를 실행하는 경우에는, 연료 가스의 단위 열량을 계측하는 것이 필요하다.

이상의 실시형태에서는, 온도 조절 제어를 위하여, 압력계(56)로 검지된 압축 공기 유로 내의 압력과, 온도계(57)로 검지된 터빈(21)으로부터의 배기가스의 온도를 이용하여, 터빈(21)의 입구 온도를 실질적으로 추정하고 있다. 그러나, 다른 방법으로, 터빈(21)의 입구 온도를 추정해도 되고, 또한 온도계로 터빈(21)의 입구 온도를 검지해도 된다.

또, 이상의 각 실시형태의 가스 터빈 플랜트의 연료는, BFG 단미(單味), COG 단미, BFG와 COG의 혼합물 중 어느 하나이다. 그러나, 가스 터빈 플랜트의 연료는, BFG만이어도 되고, COG만이어도 된다. 또한, 가스 터빈(10)의 연료는, 다른 연료 가스, 예를 들면, 천연 가스나, 바이오 가스 등이어도 된다.

본 발명의 일 양태에서는, 온도 조절 제어 중의 가스 터빈의 출력 변동을 억제할 수 있다.

10 : 가스 터빈
11 : 공기 압축기
15 : 흡기량 조절기
16 : 입구 안내 날개
19 : 연소기
21 : 터빈
31 : 발전기
35 : 가스 압축기
43 : 저압 연료 가스 라인
44 : 고압 연료 가스 라인
47 : 연료 유량 조절 밸브
50, 50a : 제어 장치
51 : 온도 조절 제어부
52, 52a : 흡기량 제어부
53 : 지령값 연산부
54 : 출력 타이밍 제어부
55 : 열량계
56 : 압력계
57 : 온도계
58 : 출력계
59 : 유량계

Claims

흡기량을 조절하는 흡기량 조절기를 갖는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈과, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 유량 조절 밸브를 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서,
상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연료 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 온도 조절 제어부와,
상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성으로 상기 압축기의 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기를 제어하는 흡기량 제어부를 갖는
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
흡기량을 조절하는 흡기량 조절기를 갖는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈과, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 유량 조절 밸브를 구비하고 있는 가스 터빈 플랜트의 제어 장치에 있어서,
상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연료 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 온도 조절 제어부와,
상기 압축기와 상기 연소기와 상기 터빈을 갖는 가스 터빈의 출력 변동에 대하여, 부의 상관성으로 상기 압축기의 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기를 제어하는 흡기량 제어부를 갖는
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 흡기량 제어부는, 상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성으로 상기 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기를 제어하는
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 흡기량 제어부는, 상기 단위 열량의 변화 전의 가스 터빈의 출력이 유지되도록, 변경 후의 상기 흡기량을 정하는
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기량 조절기는, 상기 압축기의 케이싱에 있어서의 흡기구측에 마련되어, 개방도 변경에 따라 흡기량을 변경하는 입구 안내 날개와, 상기 입구 안내 날개의 개방도를 변경하는 날개 구동기를 갖고 있고,
상기 흡기량 제어부는, 상기 연료의 단위 열량의 변화량과 상기 입구 안내 날개의 기준 개방도에 대한 개방도 변경량의 미리 정한 관계를 이용하여, 외부로부터 받아들인 상기 연료의 단위 열량의 변화량에 대한 개방도 변경량을 구하고, 상기 개방도 변경량에 상기 기준 개방도를 더하여, 지령 개방도를 결정하며, 상기 지령 개방도를 지령값으로서 상기 흡기량 조절기에 출력하고,
상기 관계는, 상기 연료의 단위 열량으로부터 미리 정해져 있는 기준 단위 열량을 감산한 변화량에 대하여, 상기 개방도 변경량에 정의 상관성을 갖게 하는 관계인
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 관계는, 상기 변화량에 대하여, 상기 단위 열량의 변화 전의 가스 터빈의 출력을 유지할 수 있는 개방도 변경량이 얻어지는 관계인
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기량 제어부는, 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들여 상기 흡기량 조절기에 의한 상기 흡기량의 변경량을 나타내는 지령값을 구하는 지령값 연산부와, 상기 지령값 연산부가 상기 단위 열량을 받아들이고 나서 설정 시간 후에 상기 흡기량이 변경되도록, 상기 흡기량 조절기에 대한 상기 지령값의 출력 타이밍을 제어하는 출력 타이밍 제어부를 갖고,
상기 설정 시간은, 상기 흡기량 제어부가 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들이고 나서, 당해 단위 열량의 상기 연료가 상기 연소기에 도달하기까지의 도달 시간에 근거하여 정해져 있는
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 출력 타이밍 제어부는, 상기 연료의 유량을 외부로부터 받아들이고, 상기 유량을 이용하여 상기 도달 시간을 정하는
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 설정 시간은, 상기 도달 시간과 동일한
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 설정 시간은, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 커진 경우에는 상기 도달 시간보다 짧고, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 작아진 경우에는 상기 도달 시간보다 긴
가스 터빈 플랜트의 제어 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 제어 장치와,
상기 압축기와 상기 연소기와 상기 터빈을 갖는 가스 터빈과,
상기 연료 유량 조절 밸브를 구비하고 있는
가스 터빈 플랜트.
공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈을 구비하고 있는 가스 터빈의 운전 방법에 있어서,
상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 온도 조절 제어 공정과,
상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성을 갖게 하여 상기 압축기의 흡기량을 변경하는 흡기량 제어 공정을 실행하는
가스 터빈의 운전 방법.
공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈을 구비하고 있는 가스 터빈의 운전 방법에 있어서,
상기 연소 가스가 유입되는 상기 터빈의 입구 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 온도 조절 제어 공정과,
상기 가스 터빈의 출력 변동에 대하여, 부의 상관성을 갖게 하여 상기 압축기의 흡기량을 변경하는 흡기량 제어 공정을 실행하는
가스 터빈의 운전 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 흡기량 제어 공정에서는, 상기 연소기에 공급되는 상기 연료의 단위량당 열량인 단위 열량을 외부로부터 받아들이고, 상기 단위 열량의 변화에 대하여, 정의 상관성을 갖게 하여 상기 흡기량을 변경하는
가스 터빈의 운전 방법.
제 12 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 흡기량 제어 공정에서는, 상기 단위 열량의 변화 전의 상기 가스 터빈의 출력이 유지되도록, 변경 후의 상기 흡기량을 정하는
가스 터빈의 운전 방법.
제 12 항, 제 14 항 및 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡기량 제어 공정에서는, 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들여 상기 흡기량의 변경량을 나타내는 지령값을 구하는 지령값 연산 공정과, 상기 지령값 연산 공정에서 상기 단위 열량을 받아들이고 나서 설정 시간 후에 상기 흡기량을 변경하는 타이밍 제어 공정을 실행하고,
상기 설정 시간은, 외부로부터 상기 단위 열량을 받아들이고 나서, 당해 단위 열량의 상기 연료가 상기 연소기에 도달하기까지의 도달 시간에 근거하여 정해져 있는
가스 터빈의 운전 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 타이밍 제어 공정에서는, 상기 연료의 유량을 외부로부터 받아들이고, 상기 유량을 이용하여 상기 도달 시간을 정하는
가스 터빈의 운전 방법.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
상기 설정 시간은, 상기 도달 시간과 동일한
가스 터빈의 운전 방법.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
상기 설정 시간은, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 커진 경우에는 상기 도달 시간보다 짧고, 외부로부터 받아들인 상기 단위 열량이 작아진 경우에는 상기 도달 시간보다 긴
가스 터빈의 운전 방법.