WO2004033874A1 - 燃焼器制御装置 - Google Patents

Abstract

タービン入口温度演算部15で、燃焼器3へ供給する燃料の流量Gf及び温度Tfと空気の流量G3及び温度T3とに基づいて、タービン入口温度T4を求める。そして、このタービン入口温度T4に基づいて、パイロット比演算部16においてパイロット比が設定されるとともに、バイパス弁開度演算部17及びIGV開度演算部18において、バイパス弁制御信号及びIGV制御信号が生成される。

Description

明細書

燃焼器制御装置 技術分野 '

本発明は、 ガスタービンの燃焼器制御装置に関するもので、 特に、 燃焼器に与 える燃料及ぴ空気の燃空比を制御するための燃焼器制御装置に関する。 背景技術

ガスタービンの燃焼器として、 燃料ガスを拡散させて種火で拡散燃焼するパイ ロッ トノズルと空気と燃料を混合して予混燃焼するメインノズルとを備えたもの が、 従来より使用されている。 このよ うな燃焼器から燃焼ガスを利用してガスタ 一ビンが回転を行い、 このガスタービンの動力により発電機が発電する。 よって 、 ガスタービンを利用した発電施設では、 燃焼器の燃焼制御を行うことで、 発電 機の出力制御を行うことができる。

このよ うな燃焼器の燃焼制御を行う際'、 パイロットノズルに供給するパイ口ッ ト燃料とメィンノズルに供給するメィン燃料との燃料比率も制御される。 この燃 科比率を適切な値に制御することによって、 N O Xの排出量を抑制することがで きる。 第 6図に、 このようなパイロッ トノズル及びメインノズルを備えた燃焼器 の制御を行うための従来の燃焼器制御装置の構成を示す。

第 6図の燃焼器制御装置 1 0 0は、 燃焼器バイパス弁 8の開度を制御するため のバイパス弁制御信号をパイパス弁開度演算部 1 0' 2によって発電機 4からの出 力に基づいて生成し、 燃焼器バイパス弁 8に与えて燃焼器 3に供給する空気量を 制御する。 又、 この燃焼器制御装置 1 0 0は、 入口案内翼 （ I G V ) 5の開度を 制御するための I G V制御信号を I G V開度演算部 1 0 3によって発電機 4から の出力に基づいて生成し、 I G V 5に与えて圧縮機 1に流入する空気量を制御す る。 尚、 バイパス弁開度演算部 1 0 2及び I G V開度演算部 1 0 3では、 第 3図 及ぴ第 4図のグラフに基づいて、 バイパス弁制御信号及ぴ I G V制御信号の値が 求められる。 又、 第 3図及び第 4図の横軸は、 発電機 4からの出力を表す。 更に、 燃焼器制御装置 1 0 0は、 減算部 9において発電機 4からの出力と目標 値とする発電機出力との差分を求めた後、 P I部 1 0において積分成分を与えて 、 燃料流量指令信号 （c S O ) を生成する。 そして、 この P I部 1 0からの C S Oの値をリ ミッタ 1 1で所定値 Lと比較して、 その値が所定値 Lより低くなると 、 C S Oをパイ口ッ ト比演算部 1 0 1及び乗算部 1 2に与える。

パイ口ッ ト比演算部 1 0 1では、 C S Oに基づいて、 乗算部 1 2での乗算値を 設定して乗算部 1 2に与える。 乗算部 1 2では、 リ ミ ッタ 1 1より与えられる C S Oに対して、 パイ口ッ ト比演算部 1 0 1より与えられる乗算値を乗算してパイ ロット燃料制御信号を生成し、 パイロット燃料制御弁 7に与える。 又、 減算部 1 3において、 リ ミッタ 1 1より与えられる C S Oから乗算部 1 2より与えられる パイ口ット燃料制御信号を減算してメイン燃料制御信号を生成し、 メイン燃料制 御弁 6に与える。 尚、 パイ口ット比演算部 1 0 1では、 第 2図のグラフに基づい て、 パイロッ ト燃料制御信号の値が求められる。 又、 第 2図の横軸は、 C S Oの 値を表す。

このような燃焼器制御装置 1 0 0によって、 ガスタービン 2への負荷が低く発 電機 4の出力が低くなるとき、 燃焼振動を抑えて安定燃焼させるために、 I G V 5の開度を閉じて圧縮機 1に流入する空気流量を減少させるとともに、 燃焼器パ ィパス弁 8の開度を開いて圧縮機 1からガスタービン 2へ直接流入させる圧縮空 気の流量を増加させる。 このようにして、 燃焼器 3への空気流量を減らすことで 、 燃空比を上げる。 又、 ガスタービン 2への負荷が高く発電機 4の出力が高くな るとき、 N O X排出量を抑制するために、 I G V 5の開度を開いて圧縮機 1に流 入する空気流量を増加させるとともに、 燃焼器パイパス弁 8の開度を閉じて圧縮 機 1からガスタービン 2へ直接流入させる圧縮空気の流量を減少させる。 このよ うにして、 燃焼器 3への空気流量を増やすことで、 燃空比を下げる。

更に、 発電機の出力が低くなるとき、 パイロッ トノズルの燃焼を活性化させ燃 焼振動を抑えて安定燃焼させるために、 メィン燃料制御弁 6の開度を閉じるとと もにパイ口ッ ト燃料制御弁 7の開度を開いて、 燃焼器 3に与えられる全燃料に対 するパイロッ ト燃料の比率 （パイロッ ト比） を高くする。 又、 発電機の出力が高 くなるとき、 パイロッ トノズルの燃焼を抑えて N O X排出量を抑制するために、 メイン燃料制御弁 6の開度を開く とともにパイ口ッ ト燃料制御弁 7の開度を閉じ て、 パイロッ ト比を低くする。

このよ うに、 従来は、 燃焼によって得られた熱エネルギーがガスタービン 2に よる運動エネルギーに変換され、 この運動エネルギ が発電機 4によって電気工 ネルギ一に変換される。 このよ うに、 発電機 4の出力が燃焼器 3における燃焼状 態に近い状態を表し、 又、 燃焼器 3での燃焼状態の変化に対して応答遅れが少な い。 よって、 上述で説明したように、 従来では、 パイ口ッ ト比ゃ I G V 5及び燃 焼器バイパス弁 8の開度は、 発電機 4の出力に基づいて設定される。

しかしながら、 従来の燃焼器制御装置において、 燃焼器へ供給する空気流量や パイロッ トノズル及ぴメィンノズルへ供給する燃料流量が、 発電機の出力に基づ いて設定されるため、 発電機の電力供給系統の力率が変化した場合や蒸気タービ ンを併用した複合発電システムで急激な負荷変動があつた場合などにおいて、 正 確な制御を行うことができない。

即ち、 発電機の電力供給系統において、 無効電力が増大して、 その力率が変化 した場合、 発電機出力を有効電力で測定していることから、 燃焼によって得たガ スタービンの推進トルクと発電機出力との比例関係が崩れてしまう。 このとき、 ガスタービンの推進トルクが変化していないにも関わらず、 発電機出力が小さく なるため、 パイ口ッ ト比及び燃空比を増大するような制御を行ってしまう。

又、 蒸気タービンとガスタービンとを 1本の軸でつないだ複合発電施設では、 発電機の出力は、 ガスタービンの推進トルクと蒸気タービンの推進トルクとの和 に相当する。 そのため、 ガスタービンの推進トルクに基づく発電機の出力が、 定 常状態における蒸気タービンの推進トルクを推定することによって求められ、 こ の求められたガスタービンの推進トルクに相当する発電機の出力に基づいて燃焼 器におけるパイロッ ト比及び燃空比が制御されている。 よって、 ガスタービンの 推進トルクに相当する発電機の出力が正確に求められるわけではなく、 急激な負 荷変動が発生したときなどは、 燃焼器におけるパイロッ ト比及び燃空比の正確な 制御が行えない。

このような問題を防ぐためには、 燃焼器出口における燃焼ガスの温度 （即ち、 ガスタービン入口に供給される燃焼ガス温度であり、 以下、 「タービン入口温度」 と呼ぶ） により、 燃焼器におけるパイロッ ト比及び燃空比の制御を行うことが好 ましい。 しかしながら、 近年のガスタービンにおいて、 そのタービン入口温度が 1 5 0 0 °Cを超えるようになつているため、 タービン入口温度を長期間続けて測 定できる温度測定器が存在しない。 又、 タービン入口温度を、 燃焼器の車室圧力 とガスタービンの排ガス温度から演算して推定する方法もあるが、 燃焼状態に対 する排ガス温度の応答性が悪い。 よって、 結果的に、 実際のタービン入口温度が 遅延した値が与えられ、 燃焼器におけるパイロッ ト比及び燃空比の制御において 、 応答遅れが発生する。 発明の開示

このような問題を鑑みて、 本発明は、 応答遅れが無く正確にタービン入口温度 が演算可能であるとともに、 演算結果となるタービン入口温度に基づいて燃焼器 の制御を行うことができる燃焼器制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、 本発明の燃焼器制御装置は、 発電機と同軸に設け られたガスタービンに設けられるとともに当該ガスタービンに燃焼ガスを与えて 回転させる燃焼器を制御する燃焼器制御装置において、 前記発電機の出力と前記 発電機が目標とする出力の差分値に基づいて、 前記燃焼器に与える燃料流量を設 定する燃料流量演算部と、 前記燃焼器に流入される燃料及び空気それぞれの流量 及び温度に基づいて、 前記ガスタービンに前記燃焼器から流入される燃焼ガスの 温度であるタービン入口温度を求めるタービン入口温度演算部と、 種火を拡散燃 焼する前記燃焼器内のパイ口ッ トノズルに与えるパイ口ッ ト燃料と空気と燃科と を混合して予混燃焼する前記燃焼器内のメインノズルに与えるメイン燃料との合 計となる全燃料流量に対する前記パイ口ッ ト燃料の比となるパイ口ット比を、 前 記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度に基づいて設定するパ ィロット比演算部と、 前記燃焼器内に流入させる空気流量を、 前記タービン入口 温度演算部で求められたタービン入口温度に基づいて設定する空気流量演算部と 、 を備え、 前記パイロッ ト比演算部で求められたパイロッ ト比と前記燃料流量演 算部で求められた前記燃料流量とに基づいて、 前記パイロッ ト燃料及び前記メイ ン燃料の流量を制御するとともに、 前記空気流量演算部で求められた空気流量に よって前記燃焼器内に流入させる空気流量を制御することで、 前記燃焼器の燃焼 状態を制御することを特徴とする。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の燃焼器制御装置を備えたガスタービン発電施設の構成を示 すプロック図であり、

第 2図は、 パイ口ッ ト比とタービン入口温度又は C S Oとの関係を示すグラフ であり、

第 3図は、 燃焼器バイパス弁の開度とタービン入口温度又は発電機出力との関 係を示すグラフであり、

第 4図は、 I G Vの開度とタービン入口温度又は発電機出力との関係を示すグ ラフであり、

第 5図は、 タービン入口温度演算部の内部構成の一例を示す図であり、 第 6図は、 従来のガスタービン発電施設の構成を示すプロック図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態について、 図面を参照して説明する。 第 1図は、 本実施形態 における燃焼器制御装置を備えたガスタービン発電施設の構成を示すブロック図 である。 尚、 第 1図において、 第 6図と同一部分については、 同一の符号を付し 、 その詳細な説明は省略するものとする。

第 1図のガスタービン発電施設は、 第 1段静翼である I G V 5を備えた圧縮機 1 と、 圧縮機 1 と同軸に備えられたガスタービン 2と、 ガスタービン 2を回転さ せるために燃焼ガスを供給する燃焼器 3と、 ガスタービン 2が回転することによ つて回転して発電する発電機 4とを備える。 又、 燃焼器 3のメインノズル （不図 示） に供給する燃料流量を設定するメイン燃料制御弁 6と、 燃焼器 3のパイロッ トノズル （不図示） に供給する燃料流量を設定するパイロッ ト燃料制御弁 7と、 燃焼器 3へ供給する空気流量を決定するために圧縮機 1からガスタービン 2へバ ィパスさせる空気流量を設定する燃焼器バイパス弁 8と、 燃焼器 3の燃空比及び パイ口ット比を制御する燃焼器制御装置 2 0とを備える。

更に、 燃焼器 3への燃料流量 G f 及ぴ燃料温度 T f それぞれを測定するために メィンノズル及びパイロッ トノズルそれぞれに燃料を供給する燃料供給用通路の 分岐までに設けられた流量測定器 2 1及び温度測定器 2 2と、 圧縮機 1から吐出 される圧縮空気の温度 T 3を測定するために圧縮機 1の出口に設けられた温度測 定器 2 3と、 圧縮機 1に流入される空気の差圧 P dを測定するために圧縮機 1の I G V 5の前後に設けられた差圧測定器 2 4と、 を備える。

ガスタービン発電施設がこのように構成されるとき、 圧縮機 1へ流入される空 気量が I G Vの開度によって設定されるとともに、 圧縮機 1から燃焼器 3へ流入 される空気量が燃焼器パイパス弁 8によって設定される。 そして、 圧縮機 1で圧 縮された空気が燃焼器 3に供給されると、 パイ口ッ ト燃料制御弁 7を通じて燃料 が与えられるパイロッ トノズルによって拡散燃焼が成されるとともに、 メイン燃 料制御弁 6を通じて燃料が与えられるメインノズルによって予混燃焼が成され、 燃焼器 3で燃焼されて得た高温の燃焼ガスがガスタービン 2に供給される。 ガス タービン 2が燃焼器 3より供給される燃焼ガスによって回転すると、 同軸の発電 機 4も回転するため、 発電機 4が発電して電気出力を行う。

このとき、 燃焼器 3に供給される全燃料流量 G f が流量測定器 2 1によって測 定されるとともに、 その温度 T f が温度測定器 2 2によって測定される。 又、 圧 縮機 1から燃焼器 3へ供給される空気温度 T 3が温度測定器 2 3によって測定さ れる。 更に、 圧縮機 1へ流入される空気の差圧 P dが差圧測定器 2 4によって測 定される。 測定された燃料流量 G f 、 燃料温度 T f 、 空気温度 T 3、 差圧 P d及 び燃焼器バイパス弁 8の開度 kが燃焼器制御装置 2 0に与えられる。

そして、 燃焼器制御装置 2 0によって、 燃料流量 G f 、 燃料温度 Τ ί、 空気温 度 Τ 3、 差圧 P d及び燃焼器バイパス弁 8の開度 kに基づいて、 燃焼器 3の燃空 比及びパイロッ ト比が設定される。 そして、 設定された燃空比及びパイロッ ト比 に基づいて、 I G V制御信号、 メイン燃料制御信号、 パイロッ ト燃料制御信号、 及ぴバイパス弁制御信号がそれぞれ生成され、 I G V 5、 メイン燃料制御弁 6、 パイ口ット燃料制御弁 7、 及び燃焼器バイパス弁 8に与えられる。

この燃焼器制御装置 2 0は、 発電機⁴の出力 E 0が与えられるとともに目標と する出力 E 1 との差分値 E 1 - E 0が求められる減算部 9と、 減差分部 9からの 差分値 E 1 一 E 0に対して積分成分を付加して C S Oを生成する P I部 1 0と、 P I部 1 0からの C S Oの値が L以上となるとき値が Lとなる C S Oを出力する リ ミッタ 1 1と、 リ ミッタ 1 1からの cs oが与えられてパイ口ッ ト燃料制御信 号を生成する乗算部 1 2と、 リ ミッタ 1 1からの C S Oの値より乗算部 1 2から のパイ口ッ ト燃料制御信号の値を減算してメイン燃料制御信号を生成する減算部 1 3と、 差圧 P d及ぴ燃焼器パイパス弁 8の開度 kに基づいて燃焼器 3へ流入さ れる空気流量 G 3を求める空気流量演算部 1 4と、 燃料流量 G i、 燃料温度 T f 、 空気流量 G 3、 及び空気温度 T 3に基づいてタ一ビン入口温度 T 4を求めるタ 一ビン入口温度演算部 1 5と、 タービン入口温度 T 4に基づいてパイ口ット比を 求め乗算部 1 2に与えるパイ口ッ ト比演算部 1 6と、 タービン入口温度 T 4に基 づいてバイパス弁制御信号を生成するバイパス弁開度演算部 1 7と、 タービン入 口温度 T 4に基づいて I GV制御信号を生成する I G V開度演算部 1 8 とを備え る。

このように燃焼器制御装置 2 0が構成されるとき、 発電機 4からの出力 E 0が 減算部 9に与えられると、 目標とする発電機 4の出力 E 1から実際の出力 E 0が 減算されて、 差分値 E 1 — E 0が求められる。 この差分値 E 1 — E 0に対して、 応答特性を良好にするために P I部 1 0において積分成分が付加されて C S Oが 生成されると、 リ ミッタ 1 1に与えられる。 リ ミッタ 1 1では、 〇 30の値がし と比較されて、 Lより小さい場合は P I部 1 0からの C S Oがそのまま出力され 、 L以上となる場合は値が Lとなる C S Oが出力される。

又、 差圧測定器 2 4で測定された I GV 5の内外の差圧 P dと燃焼器バイパス 弁 8の開度 kが空気流量演算部 1 4に与えられて、 圧縮機 1から燃焼器バイパス 弁 8を介して燃焼器 3に供給される空気流量 G 3が求められる。 そして、 この空 気流量演算部 1 4で求められた空気流量 G 3とともに、 流量測定部 2 1及び温度 測定部 2 2， 2 3それぞれで測定された燃料流量 G f 及び燃料温度 T f 及び空気 温度 T 3がタービン入口温度演算部 1 5に与えられる。 タービン入口温度演算部 1 5では、 （1 ) 式より得られる （ 2 ) 式で表される伝達関数に基づいて、 タービ ン入口温度 T 4が求められる。

Cp4 Vcb y 4X (dT4/dt) =Cpf Gf Tf +Cp3 G3 T3+ η Hf Gf-Cp4 G4 T4 … ( 1 )

T4(s) = (Cpf Gf (s) Tf (s) +Cp3 G3(s) T3(s) + 77 Hf Gf (s))

/(Cp4 G4(s) +Cp4 Vcb y 4 s) ··· ( 2) 但し、 C p 3 ：燃焼器 3の車室比熱、 C p 4 ：燃焼ガス比熱、 C p ί ：燃料比 熱、 η ：燃焼器 3の熱効率、 H f ：燃料発熱量、 4 ：燃焼ガス比重、 V c b : 燃焼器容積、 G 4 ： タービン入口燃焼ガス流量 （ = G 3 + G i ) である。 又、 G 3 ( s )、 T 3 ( s )、 G 4 ( s )、 G f ( s )、 T f ( s ) はそれぞれ sによる関 数であり、 それぞれは計測値により変化する関数である。

尚、 （ 1 ) 式は、 タービン入口温度の動的挙動を表すもので、右辺の第 1項が燃 料ガスの有する熱エネルギーを、 右辺の第 2項が流入空気の有する熱エネルギー を、 右辺の第 3項が燃焼によって発生する熱エネルギーを、 右辺の第 4項が燃焼 ガスを現在のタービン入口温度 T 4までに上昇するために必要なエネルギーを、 左辺がタービン入口温度 T 4の変化量に対する燃焼ガスによる熱エネルギーの変 化量を、 それぞれ表す。 よって、 右辺が正となる場合、 現在のタービン入口温度 T 4まで上昇するのに必要なエネルギーよりも燃焼器 3によって投入されるエネ ルギ一が高いことを示し、 又、 右辺が負となる場合、 現在のタービン入口温度 T 4まで上昇するのに必要なエネルギーよりも燃焼器 3によって投入されるェネル ギ一が低いことを示す。

タービン入口温度演算部 1 5において （2) 式の伝達関数に基づいて求められ たタービン入口温度 T 4の値が、 パイ ロ ッ ト比演算部 1 6、 バイパス弁開度演算 部 1 7、 I G V開度演算部 1 8に与えられる。 そして、 パイロッ ト比演算部 1 6 では、 第 2図に基づいてパイ ロ ッ ト比が求められ、 乗算部 1 2に与えられる。 又 、 バイパス弁解度演算部 1 7では、 第 3図に基づく値となるパイパス弁制御信号 が求められ、 燃焼器バイパス弁 8に与えられる。 又、 I GV開度演算部 1 8では 、 第 4図に基づく値となる I GV制御信号が求められ、 I GV 5に与えられる。 尚、 第 2図〜第 4図の横軸は、 タービン入口温度 T 4を表す。 即ち、 タービン入 口温度 T 4が高くなると、 パイロッ ト比が小さくなり、 又、 所定値以上となった とき、 燃焼器バイパス弁 8の開度を閉じる方向に変化させるとともに I GV 5の 開度を開く方向に変化させる。

このように、 パイ口ッ ト比演算部 1 6で求められたパイ口ッ ト比は、 乗算部 1 2に与えられて、 乗算部 1 2において、 リ ミッタ 1 1より与えられる C S Oに乗 算される。 今、 パイロッ ト比を Pとすると、 乗算部 1 2より P X C S Oとなる値 のパイロット燃料制御信号が出力され、 減算部 1 3及びパイロッ ト燃料制御弁 7 に与えられる。 このパイロッ ト燃料制御信号が減算部 1 3に与えられるため、 減 算部 1 3でリ ミッタ 1 1から与えられる C S Oより減算すると、 減算部 1 2より ( 1一 P ) X C S Oとなる値のメイン燃料制御信号が出力され、 メイン燃料制御 弁 6に与えられる。

このようにして燃焼器制御装置 2 0が動作することによって、 タービン入口温 度 T 4に基づいて、 燃焼器 3の燃焼状態を制御することができる。 即ち、 タービ ン入口温度 T 4が高い場合は、 I G V 5の開度を開く とともに燃焼器バイパス弁 8の開度を閉じることで、 燃焼器 3への流入空気の流量を増加させて燃空比を下 げ、 又、 メイン燃料制御弁 6の開度を開く とともにパイロット燃料制御弁 7の開 度を閉じることで、 パイロッ ト比を低く して、 高負荷時に発生する N O Xの排出 量を抑制することができる。

又、 タービン入口温度 T 4が低い場合は、 I G V 5の開度を閉じるとともに燃 焼器バイパス弁 8の開度を開くことで、 燃焼器 3への流入空気の流量を増加させ て燃空比を上げ、 又、 メイン燃料制御弁 6の開度を閉じるとともにパイロッ ト燃 料制御弁 7の開度を開く ことで、 パイロッ ト比を高く して、 低負荷時に発生する 燃焼振動を抑えて安定燃焼させることができる。

又、 本実施形態では、 タービン入口温度演算部 1 5について、 （2 ) 式の伝達関 数に基づいてタービン入口温度 T 4を求めるものとしたが、 例えば、 第 5図に示 すような構成のものを用いても構わない。 第 5図に示すタービン入口温度演算部 1 5は、 下の （ 3 ) 式に基づく構成となる。 尚、 （ 3 ) 式において、 T 4 ：現在の タービン入口温度、 T 4 k ： 前回の演算結果であるタービン入口温度、 A t :各 計測部 2 2〜 2 4から計測値が与えられるタイミング時間である。又、 （3 )式に よって、 現在のタービン入口温度 T 4は、 （4 ) 式のように表される。 Cp4 Vcb γ 4X (T4- T4k) / Δ t = Cpf Gf Tf + Cp3 G3 T3+ η Hf Gf

-Cp4 G4 Τ4··· ( 3 ) T4= ((Cpf Gf Tf + Cp3 G3 T3+ η Hf Gf) X Δ t+Cp4 Vcb y 4XT4k)

/(At Cp4 G4+Cp4 Vcby4)- (4) 第 5図において、 乗算部 3 1によって燃料温度 T f 及ぴ燃料流量 G f が乗算さ れた後、 乗算部 3 2によって定数である燃料比熱 C p f が乗算されるとともに、 乗算部 3 3によって空気温度 T 3及び空気流量 G 3が乗算された後、 乗算部 3 4 によって定数である燃焼器 3の車室比熱 C p 3が乗算される。 又、 燃料流量 G f は乗算部 3 6によって定数である燃焼器 3の熱効率 7)及ぴ燃料発熱量 H f を乗算 した値 7； XH f が乗算される。 そして、 乗算部 3 2, 3 4より得られた値が加算 部 3 5で加算された後、 この加算部 3 5で得られた値と乗算部 3 6で得られた値 とが加算部 3 7で加算される。

このようにして加算部 3 7より出力される値（Cpf Gf Tf + Cp3 G3 T3+ η Hf Gf )に対して、 乗算部 3 8において、 定数であるタイミング時間 Δ tが乗算される。 又、 メモリ 3 0には、 前回の演算結果であるタービン入口温度 T 4 kが格納され ており、 このタービン入口温度 T 4 kが乗算部 3 9に与えられると、 定数である 燃焼ガス比熱 C p 4と燃焼器 3の容積 V c bと燃焼ガス比重 γ 4との乗算値が乗 算され、 更に、 加算部 4 0において、 乗算部 3 8で得られた（Cpf Gf Tf + Cp3 G3 T3+ n Hf Gf) X Δΐが加算される。

又、 加算部 4 1では、 燃料流量 G f と空気流量 G 3が加算されてタービン入口 燃焼ガス流量 G 4が求められた後、 このタービン入口燃焼ガス流量 G4に、 定数 であるタイミング時間 Δ t と燃焼ガス比熱 C p 4との乗算値が乗算部 4 2におい て乗算される。 そして、 更に、 加算部 4 3において、 乗算部 4 2で得られた値に 、 定数である燃焼ガス比熱 C p 4と燃焼器 3の容積 V c bと燃焼ガス比重 γ 4と の乗算値が加算される。

このようにして、加算器 4 0よ り得られた値 A = ((Cpf Gf Tf + Cp3 G3 T3+ 77 H f Gf) X At + Cp4 Vcb 74XT4k)と、 加算部 4 3より得られた値 B = (At Cp4 G4 + Cp4 Vcb γ 4)とが除算部 4 4に与えられると、 ΑΖΒの演算が行われ、現在のタ 一ビン入口温度 T 4が求められる。 そして、 求められたタービン入口温度 Τ 4は 、 パイ口ッ ト比演算部 1 6、 バイパス弁開度演算部 1 7、 I G V開度演算部 1 8 それぞれに与えられるとともに、 メモリ 3 0にタービン入口温度 Τ 4 kとして格 納される。

尚、 タービン入口温度演算部 1 5については、、 （ 1 ) 式の関数に基づいてター ビン入口温度 T 4を求める構成であれば、 第 5図のような構成例に限らず、 他の 構成としても構わない。 又、 燃焼器 3への空気流量 G 3を、 圧縮機 1へ流入され る空気の差圧 P d及び燃焼器バイパス弁 8の開度 kに基づいて求めるものとした が、 燃焼器 3へ空気を供給する経路に流量計を設け、 この流量計によって直接測 定するようにしても構わない。 産業上の利用可能性

本発明によると、 タービン入口温度演算部において、 燃焼器へ供給される燃料 及ぴ空気それぞれの流量及び温度に基づいてタービン入口温度が求められるため 、 比較的、 実際の温度に近いタービン入口温度を求めることができる。 又、 この タービン入口温度に基づいて、 燃焼器の燃焼状態を制御するため、 その応答性を 良くすることができる。 又、 従来と異なり、 発電機出力に基づく燃焼器の燃焼状 態の制御でないので、 電力系統の外乱ゃガスタービンと同軸に設けられた蒸気タ 一ビンの状態変化に関係なく、 常に最適な燃焼状態に保つように制御することが できる。

Claims

請求の範囲

1 . 発電機と同軸に設けられたガスタービンに設けられるとともに当該ガスター ビンに燃焼ガスを与えて回転させる燃焼器を制御する燃焼器制御装置において、 前記発電機の出力と前記発電機が目標とする出力の差分値に基づいて、 前記燃 焼器に与える燃料流量を設定する燃料流量演算部と、

前記燃焼器に流入される燃料及び空気それぞれの流量及び温度に基づいて、 前 記ガスタービンに前記燃焼器から流入される燃焼ガスの温度であるタービン入口 温度を求めるタービン入口温度演算部と、

種火を拡散燃焼する前記燃焼器内のパイロッ トノズルに与えるパイ口ット燃料 と空気と燃料とを混合して予混燃焼する前記燃焼器内のメインノズルに与えるメ ィン燃料との合計となる全燃料流量に対する前記パイ口ッ ト燃料の比となるパイ 口ット比を、 前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度に基づ いて設定するパイ口ッ ト比演算部と、

前記燃焼器内に流入させる空気流量を、 前記タービン入口温度演算部で求めら れたタービン入口温度に基づいて設定する空気流量演算部と、

を備え、

前記パイ口.ッ ト比演算部で求められたパイロッ ト比と前記燃料流量演算部で求 められた前記燃料流量とに基づいて、 前記パイロッ ト燃料及び前記メイン燃料の 流量を制御するとともに、 前記空気流量演算部で求められた空気流量によって前 記燃焼器内に流入させる空気流量を制御することで、 前記燃焼器の燃焼状態を制 御することを特徴とする燃焼器制御装置。

2 . 前記パイロッ ト比演算部で演算されたパイロット比を前記燃料流量演算部で 求められた燃料流量に乗算してパイロッ トノズルへのパイ口ッ ト燃量流量を求め るとともに、 前記燃料流量演算部で求めた燃料流量よりパイ口ッ ト燃料流量を減 算することでメインノズルへのメイン燃料流量を求め、

求めた当該パイ口 ッ ト燃料流量及ぴメイン燃料流量より、 パイ口ッ ト燃料制御 弁及ぴメイン燃料弁それぞれの開度を制御して、 前記パイロット燃料及び前記メ ィン燃料の流量を制御することを特徴とする請求項 1に記載の燃焼器制御装置。

3 . 前記ガスタービンと同軸の圧縮機で圧縮された空気が前記燃焼器に与えられ るとき、

前記圧縮機に設けられた入口案内翼の開度と、 前記圧縮機から燃焼器へ圧縮空 気を供給する経路から分岐されて前記ガスタービンへ圧縮空気を供給する経路に 設けられた燃焼器バイパス弁の開度とを、 前記空気流量演算部で求められた空気 流量に基づいて制御することを特徴とする請求項 1に記載の燃焼器制御装置。

4 . 前記タービン入口温度演算部に与える前記燃焼器へ供給される空気流量の値 が、 前記圧縮機の入口における差圧と、 前記燃焼器バイパス弁の開度に基づいて 求められることを特徴とする請求項 3に記載の燃焼器制御装置。

5 . 前記燃料流量演算部が、

前記発電機の出力と前記発電機が目標とする出力の差分値を求める減算部と、 該減算部より前記燃焼器への燃料流量を設定する流量設定部とを備え、 該流量設定部で設定した燃料流量が所定の閾値以上となる場合、 当該所定の閾 値を燃料流量と して設定して出力することを特徴とする請求項 1に記載の燃焼器 制御装置。

6 . 前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度が低いとき、 前 記パイ口ッ ト比演算部で求められる前記パイ口ッ ト比が高く、 前記空気流量演算 部で求められる空気流量が多くなり、

又、 前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度が高いとき、 前記パイ口ッ ト比演算部で求められる前記パイ口ッ ト比が低く、 前記空気流量演 算部で求められる空気流量が少なくなることを特徴とする請求項 1に記載の燃焼 器制御装置。

7 . 前記タービン入口温度演算部において、 タービン入口温度 T 4が、 Cp4 Vcb γ 4X (dT4/dt) =Cpf Gf Tf +Cp3 G3 T3+ 77 Hf Gf-Cp4 G4 T4 G f ：前記燃焼器へ供給する燃料の流量

T f ：前記燃焼器へ供給する燃料の温度

G 3 ：前記燃焼器へ供給する空気の流量

T 3 ：前記燃焼器へ供給する空気の温度

C p 3 ： 前記燃焼器の車室比熱、

C p 4 ： 前記燃焼器で生成される燃焼ガスの比熱

C p f ：前記燃料の比熱

77 ： 前記燃焼器の熱効率

H f ：前記燃料の発熱量

y 4 ：前記燃焼ガスの比重

V c b : 前記燃焼器の容積

G 4 ： タービン入口燃焼ガス流量 （=G 3 + G f )

により、 求められることを特徴とする請求項 1〜請求項 6のいずれかに記載の 燃焼器制御装置。