JP2015052288A - Gas turbine plant, control device for the same and gas turbine operation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービンを備えているガスタービンプラント、その制御装置、ガスタービンの運転方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine plant including a gas turbine, a control device for the gas turbine plant, and a method for operating the gas turbine.
ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。燃焼器には、外部からの燃料を燃焼器に供給するための燃料ラインが接続されている。この燃料ラインには、燃焼器に供給する燃料の流量を調節する燃料流量調節弁が設けられている。また、ガスタービンには、例えば、ガスタービンの駆動で発電する発電機が接続されている。 The gas turbine includes a compressor that compresses air, a combustor that generates combustion gas by burning fuel in the air compressed by the compressor, and a turbine that is driven by the combustion gas. A fuel line for supplying fuel from the outside to the combustor is connected to the combustor. The fuel line is provided with a fuel flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of fuel supplied to the combustor. Further, for example, a generator that generates power by driving the gas turbine is connected to the gas turbine.
このガスタービンの運転方法として、例えば、以下の特許文献1に開示されている方法がある。この方法は、温調制御法と呼ばれる方法で、燃焼ガスが流入するタービン入口の温度が予め定められた上限温度に維持されるよう、燃料流量調節弁の弁開度を調節する方法である。 As a method for operating the gas turbine, for example, there is a method disclosed in Patent Document 1 below. This method is a method called a temperature control method, and is a method of adjusting the valve opening of the fuel flow control valve so that the temperature of the turbine inlet into which the combustion gas flows is maintained at a predetermined upper limit temperature.
ガスタービンでは、燃焼器に供給される燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量が大きくなった場合、燃料流量及び吸気量が一定のままだと、タービンの入口温度が上昇する。この場合、上記温調制御法では、タービンの入口温度が予め定められた上限値になるよう、燃料流量調節弁の弁開度を小さくし、燃焼器に供給される燃料の流量を少なくする。 In the gas turbine, when the unit heat amount, which is the heat amount per unit amount of fuel supplied to the combustor, increases, the inlet temperature of the turbine rises if the fuel flow rate and the intake air amount remain constant. In this case, in the temperature control method, the valve opening degree of the fuel flow rate adjustment valve is decreased so that the flow rate of the fuel supplied to the combustor is decreased so that the inlet temperature of the turbine becomes a predetermined upper limit value.
このため、上記温調制御法では、単位熱量の増加に対して、タービンへの入熱量が保たれるものの、タービンを通過するガス流量が減少し、ガスタービン出力が減少する。 For this reason, in the said temperature control method, although the heat input into a turbine is maintained with respect to the increase in unit calorie | heat amount, the gas flow rate which passes a turbine reduces and a gas turbine output decreases.
そこで、本発明は、タービンの入口温度を一定に保ちつつも、ガスタービン出力の変動を抑えることができるガスタービンプラント、その制御装置、及びガスタービンの運転方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas turbine plant, a control device for the gas turbine plant, and a gas turbine operating method that can suppress fluctuations in gas turbine output while keeping the turbine inlet temperature constant.
上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンプラントの制御装置は、
吸気量を調節する吸気量調節器を有する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、前記燃焼ガスに供給する前記燃料の流量を調節する燃料流量調節弁と、を備えているガスタービンプラントの制御装置において、前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃料流量調節弁の弁開度を制御する温調制御部と、前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性で前記圧縮機の吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器を制御する吸気量制御部と、を有する。
A control device for a gas turbine plant as one aspect according to the invention for achieving the above-described object,
A compressor having an intake air amount regulator for adjusting an intake air amount; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; a turbine driven by the combustion gas; and the combustion gas And a fuel flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel supplied to the fuel flow rate control valve, wherein the fuel flow rate is maintained so that an inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant. A temperature control unit that controls the valve opening degree of the control valve, and a unit heat amount that is a heat amount per unit amount of the fuel supplied to the combustor are received from the outside, and positive with respect to the change in the unit heat amount An intake air amount control unit that controls the intake air amount regulator so that the intake air amount of the compressor is changed by the correlation.
当該制御装置では、燃料流量調節弁の弁開度は、温調制御部によって、タービンの入口温度が一定に保たれるよう制御される。つまり、温調制御部によって温調制御が実行される。この温調制御中に、単位熱量が大きくなると、タービンの入口温度が高まるため、燃料流量弁の弁開度が小さくなって、燃焼器に供給される燃料の流量が少なくなる。この結果、タービンの入口温度は元の温度に戻る。タービンの入口温度が温調制御で元の温度に戻った時点では、燃料流量が少なくなっている関係上、タービンに流入するガスの流量も少なくなる。よって、タービンの入口温度が温調制御で元の温度に戻った時点では、ガスタービンの出力が減少している。 In the control device, the valve opening degree of the fuel flow control valve is controlled by the temperature control unit so that the inlet temperature of the turbine is kept constant. That is, temperature control is executed by the temperature control unit. If the unit heat quantity is increased during the temperature control, the inlet temperature of the turbine is increased, so the valve opening of the fuel flow valve is reduced and the flow rate of fuel supplied to the combustor is reduced. As a result, the turbine inlet temperature returns to the original temperature. When the inlet temperature of the turbine returns to the original temperature by the temperature control, the flow rate of the gas flowing into the turbine is also reduced because the fuel flow rate is reduced. Therefore, when the turbine inlet temperature returns to the original temperature by the temperature control, the output of the gas turbine decreases.
そこで、当該制御装置の吸気量制御部は、燃料の単位熱量の変化に対して、正の相関性で吸気量が変更されるよう、吸気量調節器を制御する。すなわち、吸気量制御部は、燃料の単位熱量が大きくなると、空気圧縮機による吸気量を増加させる。この結果、タービンに流入するガスの流量が増えて、ガスタービンの出力も増える。よって、当該制御装置では、温調制御中に燃料の単位熱量が変化しても、ガスタービンの出力変動を抑えることができる。 Therefore, the intake air amount control unit of the control device controls the intake air amount regulator so that the intake air amount is changed with a positive correlation with the change in the unit heat amount of the fuel. That is, the intake air amount control unit increases the intake air amount by the air compressor when the unit heat quantity of the fuel increases. As a result, the flow rate of the gas flowing into the turbine increases and the output of the gas turbine also increases. Therefore, in the said control apparatus, even if the unit calorie | heat amount of fuel changes during temperature control control, the output fluctuation of a gas turbine can be suppressed.
上記目的を達成するための発明に係る他の態様としてのガスタービンプラントの制御装置は、
吸気量を調節する吸気量調節器を有する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、前記燃焼ガスに供給する前記燃料の流量を調節する燃料流量調節弁と、を備えているガスタービンプラントの制御装置において、前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃料流量調節弁の弁開度を制御する温調制御部と、前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンとを有するガスタービンの出力変動に対して、負の相関性で前記圧縮機の吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器を制御する吸気量制御部と、を有する。
A control device for a gas turbine plant as another aspect according to the invention for achieving the above-described object,
A compressor having an intake air amount regulator for adjusting an intake air amount; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; a turbine driven by the combustion gas; and the combustion gas And a fuel flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel supplied to the fuel flow rate control valve, wherein the fuel flow rate is maintained so that an inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant. The intake air amount of the compressor is changed negatively with respect to the output fluctuation of the gas turbine having the temperature control unit that controls the valve opening degree of the control valve, the compressor, the combustor, and the turbine. An intake air amount control unit for controlling the intake air amount adjuster.
当該制御装置の吸気量制御部は、温調制御中のガスタービンの出力変動に対して、負の相関性で吸気量が変更されるよう、吸気量調節器を制御する。すなわち、吸気量制御部は、温調制御中にガスタービンの出力が減少すると、空気圧縮機による吸気量を増加させる。この結果、タービンに流入するガスの流量が増えて、ガスタービンの出力も増える。よって、当該制御装置では、温調制御中のガスタービンの出力変動を抑えることができる。 The intake air amount control unit of the control device controls the intake air amount regulator so that the intake air amount is changed with negative correlation with respect to the output fluctuation of the gas turbine during the temperature control. That is, the intake air amount control unit increases the intake air amount by the air compressor when the output of the gas turbine decreases during the temperature control. As a result, the flow rate of the gas flowing into the turbine increases and the output of the gas turbine also increases. Therefore, in the said control apparatus, the output fluctuation of the gas turbine during temperature control control can be suppressed.
ここで、前記他の態様としてのガスタービンプラントの制御装置において、前記吸気量制御部は、前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性で前記吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器を制御してもよい。 Here, in the control device for a gas turbine plant as the other aspect, the intake air amount control unit receives a unit heat amount which is a heat amount per unit amount of the fuel supplied to the combustor from the outside, and the unit The intake air amount adjuster may be controlled so that the intake air amount is changed with a positive correlation with a change in heat amount.
また、外部から燃料の単位熱量を受け付ける、いずれかの前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記吸気量制御部は、前記単位熱量の変化前のガスタービンの出力が維持されるよう、変更後の前記吸気量を定めてもよい。 Further, in any one of the control devices for the gas turbine plant that receives the unit heat amount of the fuel from the outside, the intake air amount control unit is configured so that the output of the gas turbine before the change of the unit heat amount is maintained. The intake air amount may be determined.
当該制御装置では、温調制御中のガスタービンの出力変動をより抑えることができる。 In the control device, it is possible to further suppress the output fluctuation of the gas turbine during the temperature control.
また、外部から燃料の単位熱量を受け付ける、いずれかの前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記吸気量調節器は、前記圧縮機のケーシングにおける吸気口側に設けられて、開度変更に応じて吸気量を変える入口案内翼と、前記入口案内翼の開度を変更する翼駆動機と、を有しており、前記吸気量制御部は、前記燃料の単位熱量の変化量と前記入口案内翼の基準開度に対する開度変更量との予め定めた関係を用いて、外部から受け付けた前記燃料の単位熱量の変化量に対する開度変更量を求め、前記開度変更量に前記基準開度を加えて、指令開度を決定し、前記指令開度を指令値として前記吸気量調節器に出力し、前記関係は、前記燃料の単位熱量から予め定められている基準単位熱量を減算した変化量に対して、前記開度変更量に正の相関性を持たせる関係であってもよい。 Further, in any one of the control devices for the gas turbine plant that receives a unit heat amount of the fuel from the outside, the intake air amount adjuster is provided on an intake port side of the casing of the compressor, and changes according to the opening degree change. An inlet guide vane for changing the intake air amount; and a blade drive machine for changing an opening degree of the inlet guide vane, wherein the intake air amount control unit includes a change in unit heat quantity of the fuel and the inlet guide vane. Using a predetermined relationship with the amount of change in the opening relative to the reference opening, a change amount of the opening with respect to the amount of change in the unit calorie of the fuel received from the outside is obtained, In addition, the command opening is determined, the command opening is output as a command value to the intake air regulator, and the relationship is a change obtained by subtracting a predetermined reference unit heat amount from the unit heat amount of the fuel. The opening change It may be a relationship to have a positive correlation.
また、入口案内翼の指令開度を指令値として吸気量調節器に出力する前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記関係は、前記変化量に対して、前記単位熱量の変化前のガスタービンの出力を維持できる開度変更量が得られる関係であってもよい。 Further, in the control device of the gas turbine plant that outputs the command opening of the inlet guide vane as a command value to the intake air amount regulator, the relationship is as follows: It may be a relationship that provides an opening change amount that can maintain the output.
また、外部から燃料の単位熱量を受け付ける、いずれかの前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記吸気量制御部は、外部から前記単位熱量を受け付けて前記吸気量調節器による前記吸気量の変更量を示す指令値を求める指令値演算部と、前記指令値演算部が前記単位熱量を受け付けてから設定時間後に前記吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器に対する前記指令値の出力タイミングを制御する出力タイミング制御部と、を有し、前記設定時間は、前記吸気量制御部が外部から前記単位熱量を受け付けてから、当該単位熱量の前記燃料が前記燃焼器に到達するまでの到達時間に基づいて定められていてもよい。 Further, in any one of the control devices of the gas turbine plant that accepts a unit heat amount of fuel from outside, the intake air amount control unit accepts the unit heat amount from outside and changes the amount of intake air by the intake air amount regulator. A command value calculation unit for obtaining a command value indicating the output value of the command value to the intake air amount regulator so that the intake air amount is changed after a set time after the command value calculation unit receives the unit heat amount. An output timing control unit for controlling, and the set time is an arrival time from when the intake air amount control unit receives the unit heat amount from the outside until the fuel of the unit heat amount reaches the combustor May be determined based on
この場合、前記出力タイミング制御部は、前記燃料の流量を外部から受け付け、前記流量を用いて前記到達時間を定めてもよい。 In this case, the output timing control unit may receive the flow rate of the fuel from outside and determine the arrival time using the flow rate.
また、前記出力タイミング制御部を有するいずれかの前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記設定時間は、前記到達時間と同じであってもよい。 In any one of the gas turbine plant control devices having the output timing control unit, the set time may be the same as the arrival time.
当該制御装置の吸気量制御部は、単位熱量が変化した燃料が燃焼器に到達する時点に、圧縮機の吸気量を変更する。このため、当該制御装置では、温調制御中に燃料ガスの単位熱量が変化しても、タービンの入口温度の変化を抑えることができる。 The intake air amount control unit of the control device changes the intake air amount of the compressor when the fuel whose unit heat quantity has changed reaches the combustor. For this reason, in the said control apparatus, even if the unit calorie | heat amount of fuel gas changes during temperature control control, the change of the inlet temperature of a turbine can be suppressed.
また、前記出力タイミング制御部を有するいずれかの前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記設定時間は、外部から受け付けた前記単位熱量が大きくなった場合には前記到達時間より短く、外部か受け付けた前記単位熱量が小さくなった場合には前記到達時間より長くてもよい。 Further, in any one of the gas turbine plant control devices having the output timing control unit, the set time is shorter than the arrival time when the unit heat amount received from the outside is increased, and is received from the outside. When the unit heat quantity becomes small, it may be longer than the arrival time.
当該制御装置の吸気量制御部は、燃料の単位熱量が大きくなった場合、当該燃料が燃焼器に到達する前に、圧縮機の吸気量を変更する。また、当該制御装置の吸気量制御部は、反対に燃料の単位熱量が小さくなった場合、当該燃料が燃焼器に到達した後に、圧縮機の吸気量を変更する。このため、当該制御装置では、温調制御中に燃料ガスの単位熱量が変化しても、タービンの入口温度の変化を抑えることができる。 The intake air amount control unit of the control device changes the intake air amount of the compressor before the fuel reaches the combustor when the unit heat amount of the fuel increases. On the contrary, when the unit heat quantity of the fuel becomes small, the intake air amount control unit of the control device changes the intake air quantity of the compressor after the fuel reaches the combustor. For this reason, in the said control apparatus, even if the unit calorie | heat amount of fuel gas changes during temperature control control, the change of the inlet temperature of a turbine can be suppressed.
上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンプラントは、
以上のいずれかの制御装置と、前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンとを有するガスタービンと、前記燃料流量調節弁と、を備えている。
A gas turbine plant as one aspect according to the invention for achieving the above object is as follows:
One of the above control apparatuses, the gas turbine which has the compressor, the combustor, and the turbine, and the fuel flow control valve are provided.
当該ガスタービンプラントでも、以上のいずれかの制御装置を備えているので、温調制御中のガスタービンの出力変動を抑えることができる。 Since the gas turbine plant also includes any one of the control devices described above, fluctuations in the output of the gas turbine during temperature control can be suppressed.
上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンの運転方法は、
空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えているガスタービンの運転方法において、前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する温調制御工程と、前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性を持たせて前記圧縮機の吸気量を変更する吸気量制御工程と、を実行する。
An operation method of a gas turbine as one aspect according to the invention for achieving the above object is as follows:
In a gas turbine operating method comprising: a compressor that compresses air; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; and a turbine that is driven by the combustion gas. A temperature control step of adjusting a flow rate of the fuel supplied to the combustor so that an inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant, and a unit of the fuel supplied to the combustor An intake air amount control step of receiving a unit heat amount which is a heat amount per unit amount from outside and changing the intake air amount of the compressor with a positive correlation with the change in the unit heat amount.
上記目的を達成するための発明に係る他のとしてのガスタービンの運転方法は、
空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えているガスタービンの運転方法において、前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する温調制御工程と、前記ガスタービンの出力変動に対して、負の相関性を持たせて前記圧縮機の吸気量を変更する吸気量制御工程と、を実行する。
Another method for operating a gas turbine according to the invention for achieving the above object is as follows:
In a gas turbine operating method comprising: a compressor that compresses air; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; and a turbine that is driven by the combustion gas. A temperature control step for adjusting a flow rate of the fuel supplied to the combustor so that an inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant; And an intake air amount control step of changing the intake air amount of the compressor with the above correlation.
ここで、前記他の態様としての前記ガスタービンの運転方法において、前記吸気量制御工程では、前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性を持たせて前記吸気量を変更してもよい。 Here, in the gas turbine operating method as the other aspect, in the intake air amount control step, a unit heat amount that is a heat amount per unit amount of the fuel supplied to the combustor is received from the outside, and the unit The intake air amount may be changed with a positive correlation with the change in the heat amount.
また、外部から燃料の単位熱量を受け付ける、いずれかの前記ガスタービンの運転方法において、前記吸気量制御工程では、前記単位熱量の変化前の前記ガスタービンの出力が維持されるよう、変更後の前記吸気量を定めてもよい。 Further, in any one of the gas turbine operating methods that accepts a unit heat amount of fuel from the outside, in the intake air amount control step, the output of the gas turbine before the change of the unit heat amount is maintained so as to be maintained. The intake air amount may be determined.
また、外部から燃料の単位熱量を受け付ける、いずれかの前記ガスタービンの運転方法において、前記吸気量制御工程では、外部から前記単位熱量を受け付けて前記吸気量の変更量を示す指令値を求める指令値演算工程と、前記指令値演算工程で前記単位熱量を受け付けてから設定時間後に前記吸気量を変更するタイミング制御工程と、を実行し、前記設定時間は、外部から前記単位熱量を受け付けてから、当該単位熱量の前記燃料が前記燃焼器に到達するまでの到達時間に基づいて定められてもよい。 Further, in any one of the gas turbine operating methods in which a unit heat amount of fuel is received from outside, in the intake air amount control step, a command that receives the unit heat amount from outside and obtains a command value that indicates a change amount of the intake air amount. A value calculating step and a timing control step of changing the intake air amount after a set time after receiving the unit heat amount in the command value calculating step, and the set time is after the unit heat amount is received from the outside. The fuel may be determined based on the arrival time until the fuel of the unit calorie reaches the combustor.
この場合、前記タイミング制御工程では、前記燃料の流量を外部から受け付け、前記流量を用いて前記到達時間を定めてもよい。 In this case, in the timing control step, the flow rate of the fuel may be received from the outside, and the arrival time may be determined using the flow rate.
また、タイミング制御工程を実行する、いずれかの前記ガスタービンの運転方法において、前記設定時間は、前記到達時間と同じであってもよい。また、前記設定時間は、外部から受け付けた前記単位熱量が大きくなった場合には前記到達時間より短く、外部か受け付けた前記単位熱量が小さくなった場合には前記到達時間より長くてもよい。 In any one of the gas turbine operating methods for executing a timing control step, the set time may be the same as the arrival time. In addition, the set time may be shorter than the arrival time when the unit heat amount received from the outside increases, and may be longer than the arrival time when the unit heat amount received from the outside becomes small.
本発明では、温調制御中のガスタービンの出力変動を抑えることができる。 In the present invention, the output fluctuation of the gas turbine during the temperature control can be suppressed.
以下、本発明に係るガスタービンプラントの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, various embodiments of a gas turbine plant according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
「第一実施形態」
本発明に係るガスタービンプラントの第一実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
"First embodiment"
1st Embodiment of the gas turbine plant which concerns on this invention is described using FIGS. 1-3.
本実施形態のガスタービンプラントは、図1に示すように、ガスタービン10と、ガスタービン10の駆動で発電する発電機31と、ガスタービン10の駆動で燃料ガスを圧縮するガス圧縮機35と、ガスタービン10の状態等を制御する制御装置50と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine plant of the present embodiment includes a
ガスタービン10は、空気Aを圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機11と、圧縮空気中で燃料ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する燃焼器19と、燃焼ガスにより駆動するタービン21と、を備えている。
The
空気圧縮機11は、圧縮機ロータ12と、これを回転可能に覆う圧縮機ケーシング13と、空気Aの吸気量を調節する吸気量調節器15と、を有している。吸気量調節器15は、圧縮機ケーシング13の吸込口側に設けられている入口案内翼16と、この入口案内翼16の開度を変える案内翼駆動機17と、を有している。空気圧縮機11の吐出口と燃焼器19の圧縮空気入口と間の圧縮空気が流れる圧縮空気流路には、この圧縮空気流路内の圧力を検知する圧力計56が設けられている。
The
タービン21は、燃焼ガスにより回転するタービンロータ22と、このタービンロータ22を回転可能に覆うタービンケーシング23とを有している。タービン21の排気口には、タービン21から排気される燃焼ガスである排気ガスの温度を検知する温度計57が設けられている。圧縮機ロータ12とタービンロータ22とは互いに連結され、一体となってガスタービンロータ28を成している。
The
発電機31は、発電機ロータ32と、この発電機ロータ32を回転可能に覆う発電機ケーシング33と、を有している。発電機ロータ32は、ガスタービンロータ28に連結されている。このため、ガスタービンロータ28が回転すると、発電機ロータ32も、一体的に回転する。この発電機31には、この発電機31による発電量を検知する出力計58が設けられている。
The
ガス圧縮機35は、圧縮機ロータ36と、これを回転可能に覆う圧縮機ケーシング37と、を有している。ガス圧縮機35の圧縮機ロータ36は、増速機38を介して、発電機ロータ32又はガスタービンロータ28と機械的に接続されている。このガス圧縮機35の吐出口と燃焼器19とは、高圧燃料ガスライン44で接続されている。この高圧燃料ガスライン44には、ここを通る燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節弁47が設けられている。
The
このガスタービンプラントは、製鉄所61及びコークスプラント62から燃料ガスが供給される。製鉄所61は、製鉄所61の高炉から低カロリー燃料ガスとしてのBFG(Blast Furnace Gas)を発生する。この高炉には、BFGが流れるBFGライン41が接続されている。BFGライン41には、このBFGの流量を調節するBFG流量調節弁45が設けられている。コークスプラント62は、コークスプラント62のコークス炉から高カロリー燃料ガスとしてのCOG(Coke Oven Gas)を発生する。このコークス炉には、COGが流れるCOGライン42が接続されている。COGライン42には、COGの流量を調節するCOG流量調節弁46が設けられている。BFGライン41とCOGライン42とは、合流して低圧燃料ガスライン43となる。この低圧燃料ガスライン43は、ガス圧縮機35の吸込口に接続されている。低圧燃料ガスライン43には、ここを通るガスの単位量(単位体積又は単位重量)当たりの熱量である単位熱量を計測する熱量計55が設けられている。
This gas turbine plant is supplied with fuel gas from an
なお、以下では、低圧燃料ガスライン43及び高圧燃料ガスライン44に、BFGのみが流れている場合、COGのみが流れている場合、BFGとCOGとが混ざり合って流れている場合のいずれの場合でも、低圧燃料ガスライン43及び高圧燃料ガスライン44に流れるガスを燃料ガスという。
In the following, when only BFG is flowing through the low-pressure
制御装置50は、燃料流量調節弁47の弁開度を制御する温調制御部51と、吸気量調節器15の入口案内翼16の開度を制御する吸気量制御部52と、を有している。
The control device 50 includes a
温調制御部51は、ガスタービン10の燃焼器19から燃焼ガスが流入するタービン21の入口温度が予め定められた上限値を保つよう、燃料流量調節弁47の弁開度を制御する。このため、温調制御部51は、タービン21の入口温度を認識する必要がある。しかしながら、タービン21の入口温度は、千数百℃で極めて高い温度であるため、熱電対等の温度計でタービン21の入口温度を検知することが難しい。そこで、本実施形態では、空気圧縮機11の吐出口と燃焼器19の圧縮空気入口と間の圧縮空気流路内の圧力と、タービン21から排気される排気ガスの温度とからタービン21の入口温度を実質的に推定する。
The temperature
タービン21内では、タービン21のガス入口からガス出口までの間でガスが断熱膨張すると考えることができる。このため、タービン21の入口圧力とタービン21の出口圧力との比であるタービン圧力比と、タービン21の出口温度とを把握できれば、タービン21の入口温度を推定することができる。
In the
ところで、タービン21の入口圧力は、燃焼器19のガス入口における圧力に対して、ガスが燃焼器19を通過するときの圧力損失分低い。しかし、この圧力損失はほぼ一定であると考えてよい。また、タービン21の出口圧力は、ほぼ大気圧でほぼ一定であるため、実質的に固定値として扱うことができる。このため、タービン21の入口圧力に対して一定圧力損失分低い燃焼器19のガス入口における圧力をタービン圧力比に代替することができる。よって、燃焼器19のガス入口における圧力とタービン21の出口温度とを把握できれば、タービン21の入口温度を推定することができる。
Incidentally, the inlet pressure of the
本実施形態では、以上の見地から、圧縮空気流路内の圧力と、タービン21から排気される排気ガスの温度とからタービン21の入口温度を実質的に推定する。このため、本実施形態では、圧縮空気流路内の圧力を圧力計56で検知し、タービン21から排気される排気ガスの温度を温度計57で検知する。
In the present embodiment, from the above viewpoint, the inlet temperature of the
図2に示すように、圧縮空気流路内の圧力Pcsと排気ガスの温度Texとタービン21の入口温度Tinとは、タービン21の入口温度Tinを一定にする場合、圧縮空気流路内の圧力Pcsの増加に伴って排気ガスの温度Texが低くなるという関係がある。このタービン21の入口温度Tinを一定にする場合の圧縮空気流路内の圧力Pcsと排気ガスの温度Texとの関係を示す曲線は、一般的に温調曲線Hと呼ばれる。本実施形態の温調制御部51には、タービン21の入口温度Tinが予め定めた上限値のときの温調曲線Hが記憶されている。また、温調制御部51には、圧力計56で検知された圧縮空気流路内の圧力Pcsと、温度計57で検知された排気ガスの温度Texとが入力される。温調制御部51は、前述したように、タービン21の入口温度を実質的に推定するものの、この入口温度そのものを推定するわけではない。つまり、温調制御部51は、入口温度が上限値のときの温調曲線Hを用いて、タービン21の入口温度がこの上限値であるか、この上限値より高い又は低いかを認識する。
As shown in FIG. 2, the pressure Pcs in the compressed air passage, the exhaust gas temperature Tex, and the inlet temperature Tin of the
仮に、現在の圧縮空気流路内の圧力Pcs1と排気ガスの温度Tex1とにより定まる現在の状態点S1が温調曲線H上にあるとする。この場合、温調制御部51は、現在の入口温度は目標としている上限値であると認識する。その後、タービン21に供給される圧縮空気の流量が一定の状態で、燃料ガスの単位熱量が大きくなったとする。この場合、タービン21の入口圧力及び入口温度が高まる関係で、圧縮空気流路内の圧力Pcsは高まって圧力Pcs2になると共に、排気ガスの温度Texも高まって温度Tex2になる。この圧力Pcs2と温度Tex2とで定まる状態点S2では、温調曲線Hよりも排気ガスの温度Texが高いため、温調制御部51は、タービン21の入口温度が上限値よりも高くなったと認識する。温調制御部51は、タービン21の入口温度が上限値よりも高くなったと認識すると、燃料流量調節弁47に対して、弁開度を小さくする旨を指示する。この結果、燃料流量調節弁47の弁開度が小さくなり、燃焼器19に供給される燃料ガスの流量が少なくなる。燃料ガスの流量が少なくなると、排気ガスの温度Texが低下すると共に、圧縮空気流路内の圧力Pcsも低下し、最終的に、状態点S3(Pcs3,Tex3)が温調曲線H上に位置するようになる。つまり、タービン21の入口温度は、目標の上限値に戻る。
It is assumed that the current state point S1 determined by the current pressure Pcs1 in the compressed air flow path and the exhaust gas temperature Tex1 is on the temperature control curve H. In this case, the
以上のように、温調制御部51は、まず、圧縮空気流路内の圧力Pcs1と排気ガスの温度Tex1とから、タービン21の入口温度が上限値であるか、この上限値より高い又は低いかを認識する。そして、温調制御部51は、この認識に基づいて、タービン21の入口温度が上限値を維持するように、燃料流量調節弁47の弁開度を制御する。すなわち、温調制御部51は、温調制御工程を実行する。
As described above, the
ところで、温調制御部51による温調制御後の状態点S3では、燃料ガスの単位熱量が大きるなる前と比べて、タービン21の入口温度は同じであるものの、燃料ガスの流量が減少しているため、タービン21に流入する燃焼ガスの流量も減少している。このため、状態点S3では、燃料ガスの単位熱量が大きくなる前と比べて、タービン21の入口圧力が低くなっていると共に、タービン圧力比が小さくなっている。よって、温調制御部51による温調制御後の状態点S3では、燃料ガスの単位熱量が大きくなる前と比べて、ガスタービン10の出力及びガスタービン10全体の出力が減少している。
By the way, in the state point S3 after the temperature control by the
また、以上とは逆に、タービン21に供給される圧縮空気の流量が一定の状態で、燃料ガスの単位熱量が小さくなった場合、圧縮空気流路内の圧力Pcsが低下すると共に、排気ガスの温度Texも低下する。この場合、状態点Sにおける排気ガスTexが温調曲線H上よりも低くなるため、温調制御部51は、タービン21の入口温度が上限値よりも低くなったと認識する。温調制御部51は、タービン21の入口温度が上限値よりも低くなったと認識すると、燃料流量調節弁47に対して、弁開度を大きくする旨の指示を与える。この結果、燃料流量調節弁47の弁開度が大きくなり、燃焼器19に供給される燃料ガスの流量が多くなる。燃料ガスの流量が多くなると、排気ガスの温度Texが高まると共に、圧縮空気流路内の圧力Pcsも高まり、最終的に、状態点Sが温調曲線H上に戻る。この状態点Sでは、燃料ガスの単位熱量が小さくなる前と比べて、タービン21の入口温度は同じであるものの、燃料ガスの流量が増加しているため、タービン21に流入する燃焼ガスの流量も増加している。このため、この状態点Sでは、燃料ガスの単位熱量が小さくなる前と比べて、タービン21の入口圧力が高くなっていると共に、タービン圧力比が大きくなっている。よって、温調制御部51による温調制御後の状態点Sでは、燃料ガスの単位熱量が小さくなる前と比べて、ガスタービン10の出力は増加している。
Contrary to the above, when the unit heat quantity of the fuel gas decreases with the flow rate of the compressed air supplied to the
以上のように、温調制御中、燃料ガスの単位熱量が変化すると、この変化に伴ってガスタービン出力も変化する。より具体的には、温調制御中における燃料ガスの単位熱量の変化に対して、ガスタービン出力の変化は、負の相関性がある。 As described above, when the unit calorific value of the fuel gas changes during temperature control, the gas turbine output also changes with this change. More specifically, the change in the gas turbine output has a negative correlation with the change in the unit calorie of the fuel gas during the temperature control.
そこで、本実施形態では、温調制御中における燃料ガスの単位熱量の変化に伴うガスタービン出力の変化を抑えるため、吸気量制御部52が吸気量調節器15の入口案内翼16の開度を制御する。すなわち、吸気量制御部52は、吸気量制御工程を実行する。
Therefore, in the present embodiment, the intake air
吸気量制御部52は、熱量計55から燃料ガスの単位熱量を随時受け付けている。吸気量制御部52は、受け付けた単位熱量に基づいて、単位熱量の変化を認識し、この単位熱量の変化に対して、正の相関性で空気圧縮機11の吸気量が変更されるよう、吸気量調節器15を制御する。言い換えると、吸気流量制御部は、単位熱量の変化に対して、正の相関性で入口案内翼16の開度が変更されるよう、空気圧縮機11の吸気量調節器15に指令値を出力する。すなわち、吸気量制御部52は、単位熱量が大きくなると、入口案内翼16の開度が大きくなるよう、吸気量調節器15に指令値を出力する。
The intake air
仮に、図2を用いて前述したように、燃料ガスの単位熱量が大きくなって温調制御が実行された結果、状態点S3が温調曲線H上に位置するようになったとする。この場合、吸気量制御部52は、単位熱量が大きくなったことに基づいて、入口案内翼16の開度が大きくなるよう、吸気量調節器15に指令値を出力する。
As described above with reference to FIG. 2, it is assumed that the unit temperature of the fuel gas is increased and the temperature control is executed, so that the state point S3 is positioned on the temperature control curve H. In this case, the intake air
入口案内翼16の開度が大きくなり、空気圧縮機11の吸気量が増加すると、圧縮空気流路内の圧力Pcsは高まって圧力Pcs4になる一方で、排気ガスの温度Texが下がって温度Tex4になる。この圧力Pcs4と温度Tex4とで定まる状態点S4では、温調曲線Hよりも排気ガスの温度Texが低いため、温調制御部51は、タービン21の入口温度が上限値よりも低くなったと認識する。そして、温調制御部51は、燃料流量調節弁47に対して、弁開度を大きくする旨を指示する。この結果、燃料流量調節弁47の弁開度が大きくなり、燃焼器19に供給される燃料ガスの流量が多くなる。燃料ガスの流量が多くなると、排気ガスの温度Texが高まると共に、タービン21の入口圧力とほぼ等しい圧縮空気流路内の圧力Pcsも高まり、最終的に、状態点S5(Pcs5,Tex5)が温調曲線H上に位置するようになる。つまり、タービン21の入口温度は、目標の上限値に戻る。
When the opening degree of the
この状態点S5では、入口案内翼16の開度が大きくなる前の状態点S3のときと比べ、タービン21の入口温度は同じであるものの、燃料ガスの流量が増加している関係で、タービン21の入口圧力が高くなっている。このため、この状態点S5では、入口案内翼16の開度が大きくなる前の状態点S3のときと比べて、タービン圧力比が高くなっている。さらに、この状態点S5では、入口案内翼16の開度が大きくなる前の状態点S3のときと比べて、タービン21に流入する燃焼ガスの流量も増加している。よって、この状態点S5では、入口案内翼16の開度が大きくなる前の状態点S3のときと比べて、ガスタービン10の出力は増加している。
In this state point S5, although the inlet temperature of the
従って、本実施形態では、温調制御中、燃料ガスの単位熱量が変化しても、ガスタービン出力の変動を抑制することができる。 Therefore, in this embodiment, even if the unit calorie | heat amount of fuel gas changes during temperature control, the fluctuation | variation of a gas turbine output can be suppressed.
ここで、燃料ガスの単位熱量が変化した場合の入口案内翼16の開度変更量は、予め定めた単位変更量であってもよいし、単位熱量の変化量に対応した変更量であってもよい。入口案内翼16の開度変更量を単位変更量とした場合、燃料ガスの単位熱量の変化に伴って入口案内翼16の開度を変更しても、発電機31に設けられている出力計58で検知された発電量(≒ガスタービン10出力)が単位熱量の変化前と比べて小さい場合には、図3に示すように、再度、入口案内翼16の開度を変更するようにしてもよい。
Here, the opening change amount of the
また、入口案内翼16の開度変更量を単位熱量の変化量に対応した変更量にする場合、吸気量制御部52には、単位熱量の変化量と開度変更量との関係を予め記憶しておく。この関係は、単位熱量の変化量の増加に対して開度変更量が増加し、ガスタービン10出力をほぼ維持できる関係である。吸気量制御部52は、この関係を用いて、単位熱量の変化量に対応した開度変更量を求める。
Further, when the opening change amount of the
また、入口案内翼16の開度変更量を単位熱量の変化量に対応した変更量にする場合、単位熱量の変化量として、基準単位熱量に対する変化量を採用し、入口案内翼16の開度変更量として、入口案内翼16の基準開度に対する変更量を採用してもよい。この場合、図3に示すように、吸気量制御部52には、熱量計55で計測された単位熱量Cdから基準単位熱量Csを減算した変化量(Cd−Cs)と、入口案案内翼の基準開度Asに対する開度変更量Acとの関係fを予め記憶しておく。この関係fも、単位熱量の変化量(Cd−Cs)の増加に対して開度変更量Acが増加し、ガスタービン10出力を維持できる関係である。なお、図3中で、関係fを示す線の傾きを適宜定めることで、この関係fがガスタービン10出力を維持できる関係になる。吸気量制御部52には、この関係fを関数として記憶しておいてもよいし、単位熱量の各変化量毎の開度変更量のマップとして記憶しておいてもよい。
Further, when the opening degree change amount of the
吸気量制御部52は、熱量計55から単位熱量Cdを受け付けると、この単位熱量Cdから基準単位熱量Csを減算して変化量(Cd−Cs)を求める。次に、吸気量制御部52は、関係fを用いて変化量(Cd−Cs)に対する開度変更量Acを求める。そして、以下の式に示すように、変化量(Cd−Cs)に対する開度変更量Acに基準開度Asを加えて指令開度Aiを求め、この指令開度Aiを指令値として吸気量調節器15に出力する。
Ai=As+f(Cd−Cs)=As+Ac
When receiving the unit heat amount Cd from the
Ai = As + f (Cd−Cs) = As + Ac
なお、以上では、燃料ガスの単位熱量を随時計測し、温調制御中に燃料ガスの単位熱量が変化した場合、計測で得られた単位熱量の変化量に基づいて、入口案内翼16の開度、言い換える空気圧縮機11の吸気量を制御している。しかしながら、例えば、発電機31の発電量等で示されるガスタービン出力を随時計測し、温調制御中に燃料ガスの単位熱量が変化してガスタービン出力が変化した場合、計測で得られたガスタービン出力変化量に基づいて、入口案内翼16の開度、言い換える空気圧縮機11の吸気量を制御してもよい。
In the above description, when the unit calorie of the fuel gas is measured at any time and the unit calorie of the fuel gas changes during the temperature control, the
「第二実施形態」
次に、図4及び図5を用いて、本発明に係るガスタービンプラントの第二実施形態について説明する。
"Second embodiment"
Next, 2nd embodiment of the gas turbine plant which concerns on this invention is described using FIG.4 and FIG.5.
本実施形態のガスタービンプラントは、第一実施形態のガスタービンプラントと比べて、制御装置の構成が異なることを除きて、基本的に同一である。よって、以下では、本実施形態のガスタービンプラントの制御装置50aについて主として説明する。
The gas turbine plant of this embodiment is basically the same as the gas turbine plant of the first embodiment except that the configuration of the control device is different. Therefore, below, the
本実施形態の制御装置50aは、第一実施形態の制御装置50と同様に、温調制御部51と吸気量制御部52aとを有する。但し、本実施形態の制御装置50aにおける吸気量制御部52aは、第一実施形態の吸気量制御部52と異なっている。
The
本実施形態の吸気量制御部52aは、熱量計55で計測された燃焼ガスの単位熱量に基づいて指令開度(指令値)を求める指令値演算部53と、吸気量調節器15への指令開度(指令値)の出力タイミングを制御する出力タイミング制御部54と、を有している。
The intake air
指令値演算部53は、第一実施形態で例示したいずれかの方法で指令開度(指令値)を求める。
The command
出力タイミング制御部54は、図5に示すように、指令値演算部53が熱量計55から単位熱量を受け付けてから(t2)、設定時間Ts後に吸気量が変更されるよう、吸気量調節器15に対する指令値の出力タイミングを制御する。この設定時間Tsは、指令値演算部53が熱量計55から単位熱量を受け付けてから(t2)、この単位熱量の燃料ガスが燃焼器19に到達するまでの到達時間Trに基づいて定められている。本実施形態では、単位熱量が大きくなった場合、この設定時間Tsを到達時間Trより僅かに短い時間に設定し、単位熱量が小さくなった場合、この設定時間Tsを到達時間Trより僅かに長い時間に設定する。
As shown in FIG. 5, the output
本実施形態の低圧燃料ガスライン43又は高圧燃料ガスライン44には、ここを通る燃料ガスの流量を検知する流量計59が設けられている。出力タイミング制御部54は、この流量計59で検知された流量と、熱量計55が燃焼ガスをサンプリングする位置から燃焼器19の燃料ガス入口までのライン距離等を用いて、前述の到達時間Trを求める。出力タイミング制御部54は、この到達時間Trを基準にして、例えば、この到達時間Trより予め定められた時間分短い設定時間Tsを定める。なお、前述の到達時間Trは、流量計59で検知された流量を用いる代わりに、例えば、燃料流量調節弁47の弁開度から推定される流量を用いてもよい。
The low-pressure
次に、図5に従って、燃料ガスの単位熱量の変化に伴う空気圧縮機11の入口案内翼16の開度変化について説明する。
Next, the change in the opening degree of the
仮に、熱量計55のガスサンプリング位置における単位熱量Caが、時刻t1のときに大きくなったとする。熱量計55が燃料ガスをサンプリングしてから、この燃料ガスの単位熱量を求めて、制御装置50aの指令値演算部53がこの単位熱量を受け付けるまでには、第一所定時間T1かかる。このため、制御装置50aの指令値演算部53が熱量計55から受け付ける単位熱量Cbは、時刻t1から第一所定時間T1後の時刻t2に変化する。
Suppose that the unit calorie Ca at the gas sampling position of the
熱量計55のガスサンプリング位置における燃料ガスは、一部が熱量計55でサンプリングされ、残りが、低圧燃料ガスライン43、ガス圧縮機35、及び高圧燃料ガスライン44を経由して、燃焼器19に到達する。熱量計55のガスサンプリング位置から、燃料ガスが燃焼器19に到達するまでの時間は、第一所定時間T1より長い第二所定時間T2である。従って、燃焼器19に流入する燃料ガスの単位熱量Ccは、時刻t1から第二所定時間T2後、言い換えると、時刻t2から前述の到達時間Tr後の時刻t4に大きくなる。よって、第一所定時間T1と到達時間Trと第二所定時間T2との関係は、以下の式で示される関係がある。
T1+Tr=T2
A part of the fuel gas at the gas sampling position of the
T1 + Tr = T2
このため、到達時間Trを求める場合、予め第一所定時間T1を計測しておき、この第一所定時間T1を出力タイミング制御部54に記憶しておく。出力タイミング制御部54は、まず、流量計59で検知された流量と、熱量計55が燃焼ガスをサンプリングする位置から燃焼器19の燃料ガス入口までのライン距離等を用いて、第二所定時間T2を求める。そして、出力タイミング制御部54は、第二所定時間T2から第一所定時間T1を減算して、到達時間Trを求める。
For this reason, when obtaining the arrival time Tr, the first predetermined time T1 is measured in advance, and the first predetermined time T1 is stored in the output
前述したように、出力タイミング制御部54が扱う設定時間Tsは、単位熱量Caが大きくなった場合、到達時間Trより僅かに短い時間である。このため、空気圧縮機11の入口案内翼16の開度は、燃焼器19に流入する燃料ガスの単位熱量Ccが大きくなる時刻t4より前の時刻t3に、大きくなる。すなわち、本実施形態では、燃焼器19に流入する燃料ガスの単位熱量の変化に対して、空気圧縮機11の入口案内翼16の開度を先行制御する。
As described above, the set time Ts handled by the output
このように、燃料ガスの単位熱量Ccが大きくなる時刻t4より前の時刻t3に、空気圧縮機11の入口案内翼16の開度が大きくなると、タービン21の入口温度が上限値よりあまり高くならないうちに、又は、タービン21の入口温度が高くなる前に、吸気量の増加と温調制御により、タービン21の入口温度が上限値に戻る。
Thus, if the opening degree of the
また、前述したように、出力タイミング制御部54が扱う設定時間Tsは、単位熱量Caが小さくなった場合、到達時間Trより僅かに長い時間である。このため、空気圧縮機11の入口案内翼16の開度は、燃焼器19に流入する燃料ガスの単位熱量Ccが小さくなる時刻より後の時刻に、小さくなる。
As described above, the set time Ts handled by the output
このように、燃料ガスの単位熱量Caが小さくなる時刻より後の時刻に、空気圧縮機11の入口案内翼16の開度が小さくなると、タービン21の入口温度が上限値より低くなった後に、吸気量の減少と温調制御により、タービン21の入口温度が上限値に戻る。
As described above, when the opening degree of the
このため、本実施形態では、温調制御中に燃料ガスの単位熱量が変化しても、タービン21の入口温度の変化を抑えることができる。よって、本実施形態では、燃焼器19及びタービン21の耐久性を高めることができる。
For this reason, in this embodiment, even if the unit calorie | heat amount of fuel gas changes during temperature control, the change of the inlet temperature of the
なお、本実施形態では、単位熱量が大きくなった場合、設定時間Tsを到達時間Trより僅かに短い時間に設定し、単位熱量が小さくなった場合、この設定時間Tsを到達時間Trより僅かに長い時間に設定する。しかしながら、設定時間Tsを到達時間Trと同じ時間にしても、以上と同様に、温調制御中に燃料ガスの単位熱量の変化に対して、タービン21の入口温度の変化を抑えることができる。
In the present embodiment, when the unit heat amount becomes large, the set time Ts is set to a time slightly shorter than the arrival time Tr, and when the unit heat amount becomes small, the set time Ts is made slightly shorter than the arrival time Tr. Set to a longer time. However, even if the set time Ts is set to the same time as the arrival time Tr, similarly to the above, the change in the inlet temperature of the
ところで、以上で説明した先行制御を実行しない場合、「第一実施形態」の欄で述べたように、計測で得られたガスタービン出力の変化量に基づいて入口案内翼16の開度を制御することは可能である。しかしながら、以上で説明した先行制御を実行する場合、計測で得られたガスタービン出力の変化量に基づいて入口案内翼16の開度を制御することはできない。つまり、燃焼器19に流入する燃料ガスの単位熱量が変化するときとき又は変化する前に、空気圧縮機11の入口案内翼16の開度を変更することはできない。よって、以上で説明した先行制御を実行する場合には、燃料ガスの単位熱量を計測することが必要である。
By the way, when the preceding control described above is not executed, the opening degree of the
以上の実施形態では、温調制御のために、圧力計56で検知された圧縮空気流路内の圧力と、温度計57で検知されたタービン21からの排気ガスの温度とを用いて、タービン21の入口温度を実質的に推定している。しかしながら、他の方法で、タービン21の入口温度を推定しても、さらに、温度計でタービン21の入口温度を検知してもよい。
In the above embodiment, for temperature control, the pressure in the compressed air flow path detected by the
また、以上の各実施形態のガスタービンプラントの燃料は、BFG単味、COG単味、BFGとCOGの混合物とのいずれかである。しかしながら、ガスタービンプラントの燃料は、BFGのみでも、COGのみでもよい。さらに、ガスタービン10の燃料は、他の燃料ガス、例えば、天然ガスや、バイオガス等であってもよい。
Moreover, the fuel of the gas turbine plant of each of the above embodiments is any one of BFG simple, COG simple, and a mixture of BFG and COG. However, the fuel of the gas turbine plant may be BFG alone or COG alone. Further, the fuel of the
10:ガスタービン、11:空気圧縮機、15:吸気量調節器、16:入口案内翼、19:燃焼器、21:タービン、31:発電機、35:ガス圧縮機、43:低圧燃料ガスライン、44:高圧燃料ガスライン、47:燃料流量調節弁、50,50a:制御装置、51:温調制御部、52,52a:吸気量制御部、53:指令値演算部、54:出力タイミング制御部、55:熱量計、56:圧力計、57:温度計、58:出力計、59:流量計 10: Gas turbine, 11: Air compressor, 15: Intake air regulator, 16: Inlet guide vane, 19: Combustor, 21: Turbine, 31: Generator, 35: Gas compressor, 43: Low-pressure fuel gas line , 44: high-pressure fuel gas line, 47: fuel flow rate adjustment valve, 50, 50a: control device, 51: temperature control unit, 52, 52a: intake air amount control unit, 53: command value calculation unit, 54: output timing control Part, 55: calorimeter, 56: pressure gauge, 57: thermometer, 58: output meter, 59: flow meter
Claims (19)
前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃料流量調節弁の弁開度を制御する温調制御部と、
前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性で前記圧縮機の吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器を制御する吸気量制御部と、
を有するガスタービンプラントの制御装置。 A compressor having an intake air amount regulator for adjusting an intake air amount; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; a turbine driven by the combustion gas; and the combustion gas A control device for a gas turbine plant, comprising: a fuel flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel supplied to
A temperature control unit for controlling the valve opening of the fuel flow rate control valve so that the inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant;
A unit heat amount that is a heat amount per unit amount of the fuel supplied to the combustor is received from the outside, and the intake air amount of the compressor is changed with a positive correlation with the change in the unit heat amount. An intake air amount control unit for controlling the intake air amount adjuster;
A control device for a gas turbine plant.
前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃料流量調節弁の弁開度を制御する温調制御部と、
前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンとを有するガスタービンの出力変動に対して、負の相関性で前記圧縮機の吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器を制御する吸気量制御部と、
を有するガスタービンプラントの制御装置。 A compressor having an intake air amount regulator for adjusting an intake air amount; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; a turbine driven by the combustion gas; and the combustion gas A control device for a gas turbine plant, comprising: a fuel flow rate control valve for adjusting a flow rate of the fuel supplied to
A temperature control unit for controlling the valve opening of the fuel flow rate control valve so that the inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant;
Intake air amount control for controlling the intake air amount regulator so that the intake air amount of the compressor is changed with a negative correlation with respect to the output fluctuation of the gas turbine having the compressor, the combustor, and the turbine. And
A control device for a gas turbine plant.
前記吸気量制御部は、前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性で前記吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器を制御する、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control device of the gas turbine plant according to claim 2,
The intake air amount control unit receives from the outside a unit heat amount that is a heat amount per unit amount of the fuel supplied to the combustor, and the intake air amount changes with a positive correlation with the change in the unit heat amount. Controlling the intake air volume regulator,
Control device for gas turbine plant.
前記吸気量制御部は、前記単位熱量の変化前のガスタービンの出力が維持されるよう、変更後の前記吸気量を定める、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control apparatus of the gas turbine plant of Claim 1 or 3,
The intake air amount control unit determines the intake air amount after the change so that the output of the gas turbine before the change of the unit heat amount is maintained.
Control device for gas turbine plant.
前記吸気量調節器は、前記圧縮機のケーシングにおける吸気口側に設けられて、開度変更に応じて吸気量を変える入口案内翼と、前記入口案内翼の開度を変更する翼駆動機と、を有しており、
前記吸気量制御部は、前記燃料の単位熱量の変化量と前記入口案内翼の基準開度に対する開度変更量との予め定めた関係を用いて、外部から受け付けた前記燃料の単位熱量の変化量に対する開度変更量を求め、前記開度変更量に前記基準開度を加えて、指令開度を決定し、前記指令開度を指令値として前記吸気量調節器に出力し、
前記関係は、前記燃料の単位熱量から予め定められている基準単位熱量を減算した変化量に対して、前記開度変更量に正の相関性を持たせる関係である、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control device of the gas turbine plant according to any one of claims 1, 3, and 4,
The intake air amount adjuster is provided on the intake port side of the casing of the compressor, and an inlet guide vane that changes the intake air amount in accordance with the opening change, and a blade drive machine that changes the opening degree of the inlet guide vane. , And
The intake air amount control unit uses a predetermined relationship between a change amount of the unit heat amount of the fuel and an opening change amount with respect to a reference opening degree of the inlet guide vane, to change the unit heat amount of the fuel received from the outside. Obtaining an opening change amount with respect to the amount, adding the reference opening to the opening change amount, determining a command opening, outputting the command opening as a command value to the intake air amount regulator,
The relationship is a relationship that gives a positive correlation to the opening change amount with respect to a change amount obtained by subtracting a predetermined reference unit heat amount from the unit heat amount of the fuel.
Control device for gas turbine plant.
前記関係は、前記変化量に対して、前記単位熱量の変化前のガスタービンの出力を維持できる開度変更量が得られる関係である、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control apparatus of the gas turbine plant according to claim 5,
The relationship is a relationship in which an opening degree change amount that can maintain the output of the gas turbine before the change of the unit heat quantity is obtained with respect to the change amount.
Control device for gas turbine plant.
前記吸気量制御部は、外部から前記単位熱量を受け付けて前記吸気量調節器による前記吸気量の変更量を示す指令値を求める指令値演算部と、前記指令値演算部が前記単位熱量を受け付けてから設定時間後に前記吸気量が変更されるよう、前記吸気量調節器に対する前記指令値の出力タイミングを制御する出力タイミング制御部と、を有し、
前記設定時間は、前記吸気量制御部が外部から前記単位熱量を受け付けてから、当該単位熱量の前記燃料が前記燃焼器に到達するまでの到達時間に基づいて定められている、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control apparatus of the gas turbine plant as described in any one of Claim 1, 3 to 6,
The intake air amount control unit receives the unit heat amount from the outside and obtains a command value indicating a change amount of the intake air amount by the intake air amount adjuster; and the command value calculation unit receives the unit heat amount. An output timing control unit for controlling the output timing of the command value to the intake air amount regulator so that the intake air amount is changed after a set time after
The set time is determined based on an arrival time from when the intake air amount control unit receives the unit heat amount from the outside to when the fuel of the unit heat amount reaches the combustor.
Control device for gas turbine plant.
前記出力タイミング制御部は、前記燃料の流量を外部から受け付け、前記流量を用いて前記到達時間を定める、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control apparatus of the gas turbine plant of Claim 7,
The output timing control unit receives the flow rate of the fuel from the outside, and determines the arrival time using the flow rate.
Control device for gas turbine plant.
前記設定時間は、前記到達時間と同じである、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control device of the gas turbine plant according to claim 7 or 8,
The set time is the same as the arrival time.
Control device for gas turbine plant.
前記設定時間は、外部から受け付けた前記単位熱量が大きくなった場合には前記到達時間より短く、外部か受け付けた前記単位熱量が小さくなった場合には前記到達時間より長い、
ガスタービンプラントの制御装置。 In the control device of the gas turbine plant according to claim 7 or 8,
The set time is shorter than the arrival time when the unit heat amount received from outside increases, and is longer than the arrival time when the unit heat amount received from outside decreases.
Control device for gas turbine plant.
前記圧縮機と前記燃焼器と前記タービンとを有するガスタービンと、
前記燃料流量調節弁と、
を備えているガスタービンプラント。 A control device according to any one of claims 1 to 10,
A gas turbine having the compressor, the combustor, and the turbine;
The fuel flow control valve;
Gas turbine plant equipped with.
前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する温調制御工程と、
前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性を持たせて前記圧縮機の吸気量を変更する吸気量制御工程と、
を実行するガスタービンの運転方法。 In a method for operating a gas turbine, comprising: a compressor that compresses air; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; and a turbine that is driven by the combustion gas. ,
A temperature control step of adjusting a flow rate of the fuel supplied to the combustor so that an inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant;
A unit heat amount that is a heat amount per unit amount of the fuel supplied to the combustor is received from the outside, and the intake air amount of the compressor is changed with a positive correlation with the change in the unit heat amount. An intake air amount control process;
The operation method of the gas turbine which performs.
前記燃焼ガスが流入する前記タービンの入口温度が一定に保たれるよう、前記燃焼器に供給する前記燃料の流量を調節する温調制御工程と、
前記ガスタービンの出力変動に対して、負の相関性を持たせて前記圧縮機の吸気量を変更する吸気量制御工程と、
を実行するガスタービンの運転方法。 In a gas turbine operating method comprising: a compressor that compresses air; a combustor that burns fuel in air compressed by the compressor to generate combustion gas; and a turbine that is driven by the combustion gas. ,
A temperature control step of adjusting a flow rate of the fuel supplied to the combustor so that an inlet temperature of the turbine into which the combustion gas flows is kept constant;
An intake air amount control step of changing the intake air amount of the compressor by giving a negative correlation to the output fluctuation of the gas turbine;
The operation method of the gas turbine which performs.
前記吸気量制御工程では、前記燃焼器に供給される前記燃料の単位量当たりの熱量である単位熱量を外部から受け付け、前記単位熱量の変化に対して、正の相関性を持たせて前記吸気量を変更する、
ガスタービンの運転方法。 The method of operating a gas turbine according to claim 13,
In the intake air amount control step, a unit heat amount that is a heat amount per unit amount of the fuel supplied to the combustor is received from the outside, and a positive correlation is given to the change in the unit heat amount so that the intake air Change the amount,
Gas turbine operation method.
前記吸気量制御工程では、前記単位熱量の変化前の前記ガスタービンの出力が維持されるよう、変更後の前記吸気量を定める、
ガスタービンの運転方法。 The method for operating a gas turbine according to claim 12 or 14,
In the intake air amount control step, the intake air amount after the change is determined so that the output of the gas turbine before the change of the unit heat amount is maintained.
Gas turbine operation method.
前記吸気量制御工程では、外部から前記単位熱量を受け付けて前記吸気量の変更量を示す指令値を求める指令値演算工程と、前記指令値演算工程で前記単位熱量を受け付けてから設定時間後に前記吸気量を変更するタイミング制御工程と、を実行し、
前記設定時間は、外部から前記単位熱量を受け付けてから、当該単位熱量の前記燃料が前記燃焼器に到達するまでの到達時間に基づいて定められている、
ガスタービンの運転方法。 In the gas turbine operating method according to any one of claims 12, 14, and 15,
In the intake air amount control step, a command value calculation step for obtaining a command value indicating the change amount of the intake air amount by receiving the unit heat amount from the outside, and after a set time after receiving the unit heat amount in the command value calculation step And a timing control process for changing the intake air amount,
The set time is determined based on an arrival time from when the unit heat quantity is received from the outside until the fuel of the unit heat quantity reaches the combustor.
Gas turbine operation method.
前記タイミング制御工程では、前記燃料の流量を外部から受け付け、前記流量を用いて前記到達時間を定める、
ガスタービンの運転方法。 The method of operating a gas turbine according to claim 16,
In the timing control step, the flow rate of the fuel is received from the outside, and the arrival time is determined using the flow rate.
Gas turbine operation method.
前記設定時間は、前記到達時間と同じである、
ガスタービンの運転方法。 The operation method of the gas turbine according to claim 16 or 17,
The set time is the same as the arrival time.
Gas turbine operation method.
前記設定時間は、外部から受け付けた前記単位熱量が大きくなった場合には前記到達時間より短く、外部か受け付けた前記単位熱量が小さくなった場合には前記到達時間より長い、
ガスタービンの運転方法。
The operation method of the gas turbine according to claim 16 or 17,
The set time is shorter than the arrival time when the unit heat amount received from outside increases, and is longer than the arrival time when the unit heat amount received from outside decreases.
Gas turbine operation method.
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