JP3670382B2

JP3670382B2 - Gas turbine combustion monitoring device

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Publication number: JP3670382B2
Application number: JP06089496A
Authority: JP
Inventors: 隆文中野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JPH09250362A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電所などで利用されるガスタービン燃焼監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガスタービン発電機が設置されている発電所などでは、ガスタービン発電機の運転状態を監視するガスタービン燃焼監視装置が利用されてはいるものの、監視にむらがあり改善が望まれている。
【０００３】
図７に一般的なガスタービン発電機と従来のガスタービン燃焼監視装置を示す。同図に示すように、ガスタービン発電機は、空気圧縮機１、燃焼器２、タービン３、燃料流量調整弁４、排気ダクト５、複数の温度検出器（排ガス温度センサ６、空気圧縮機吐出温度センサ７など）から構成されている。排ガス温度センサ６は、排気ダクト５内に複数が環状に点在するように取り付けられている。また空気圧縮機吐出温度センサ７は、空気圧縮機１内の圧縮空気吐出部付近に取り付けられている。
【０００４】
一方、ガスタービン燃焼監視装置は、上記ガスタービン発電機のそれぞれの温度検出器６、７によって検出および測定された各検出信号を基にガスタービン発電機の運転状態を監視するものである。
【０００５】
この種のガスタービン発電機の場合、大気中の空気を空気圧縮機１に流入し空気圧縮機１で圧縮して燃焼器２に吐出する。ここで燃料流量調整弁４で調節された燃料が燃焼器２の複数のノズルから吐出し、これに点火することにより、燃焼器２内で燃料が燃焼され、高温の燃焼ガスが発生しタービン３に供給される。
【０００６】
タービン３は、高温の燃焼ガスの圧力によって軸を中心に回転し、この軸上に配置された発電機を駆動して電力を発生する。タービン３を通過した燃焼ガスは、排気ダクト５を通って大気に放出される。
【０００７】
このようなガスタービン発電機を制御する上では、燃焼器２の状態を知ること、すなわち燃焼器２の燃焼状態を監視する必要があり、一番良い方法は、燃焼器２内における温度分布を把握することであるが、燃焼器２内の燃焼ガスの温度は、非常に高温（1000℃以上）であるため、燃焼器２内に直に温度センサを設置して燃焼ガスの温度を測定することはできない。
【０００８】
このため、一般的には、燃焼器２よりも下流、つまりタービン３で仕事をして低温になって排気される排気ガスの温度（ 500℃程度）を排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６で測定し、それぞれの検出信号をガスタービン燃焼監視装置に取り込み、その温度分布を求め、予め設定されている温度許容偏差値と比較することで、燃焼器２内の正常あるいは異常（燃焼器の損傷、失火など）の監視を行っている。
【０００９】
以下、従来のガスタービン燃焼監視装置を詳細に説明する。
【００１０】
複数の排ガス温度センサ６で測定された排ガス温度の検出信号は、ガスタービン燃焼監視装置の排ガス温度平均値演算器８に入力される。
【００１１】
排ガス温度平均値演算器８では、各排ガス温度の平均値が算出されて排ガス温度許容偏差演算器９に出力される。排ガス温度許容偏差演算器９には、この排ガス温度の平均値と、空気圧縮機吐出温度検出器７で検出された空気圧縮機１の吐出温度が入力されて、これらを基に関数演算がなされて、温度許容偏差が算出される。
【００１２】
ところで、排気ダクト５内の排ガス温度分布は、燃焼器２出口の温度分布及び冷却空気の混合などの影響によって一様でない温度分布となる。
【００１３】
特にガスタービンの運転が動的（起動、停止、負荷変化中など）であるときは、燃料流量指令信号Ｓ１１が変動しており、燃焼器２に投入される燃料流量Ｓ１２が一様でないことから、排ガス温度の最大と最小の偏差が大きくなる。このため温度許容偏差バイアスは、ガスタービン発電機の運転状態が動的であるときには、スイッチを動的温度許容偏差バイアス設定器１１に切り換えて、動的温度許容偏差バイアス設定器１１に予め設定されている温度許容偏差バイアスを加算器１３に入力し、排ガス温度許容偏差演算器９からの排ガス温度許容偏差信号Ｓ４と加算してバイアス許容温度偏差信号Ｓ２を大きくし閾値を広げている。
【００１４】
またガスタービン発電機の運転状態が静的であるとき、つまり定常運転に入ると、スイッチを静的温度許容偏差バイアス設定器１２側に切り換えて、温度許容偏差バイアスがほぼ 0℃となるような変化率を持たせている。
【００１５】
上記加算器１３で求められたバイアス許容温度偏差信号Ｓ２は判定器１４に入力され、判定器１４において、このバイアス許容温度偏差信号Ｓ２と排ガス温度偏差（最大−最低）演算器１０にて求められた排ガス温度偏差信号Ｓ１と比較されて、燃焼器２の燃焼状態が判定される。判定器１４は、Ｓ１＞Ｓ２であれば、燃焼器２の異常と判定し警報指令またはトリップ信号を出力する。
【００１６】
ところで、ガスタービン発電機の燃焼器２は、発電中、内部の圧力および温度が極めて高い状態にあるため、燃焼器２に不具合が起こった場合、それを気付かずに見過ごすと、発電機として重大な障害にまで発展することがある。
【００１７】
燃焼器２内に起こる比較的小さな不具合としては、燃焼器２内の一部のノズルの未着火および失火などの燃焼器異常であり、このような不具合はタービンの起動過程に多く発生する。
【００１８】
しかしながら、従来のガスタービン燃焼監視装置は、起動時に閾値を広げている都合上、ガスタービン発電機が定常運転状態に入ってから燃焼器２の燃焼状態を監視するように動的と静的との二つのバイアス設定器１１、１２を設定しているだけであり、燃焼器２内に不具合が起こる可能性の多い時期、タービン起動時に不具合が的確に検出できない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
このように上述した従来のガスタービン燃焼監視装置では、タービンが動的運転状態（起動中や負荷変化中）のときは、各温度検出器で検出される温度偏差値の変動が激しいことから、温度許容偏差信号Ｓ４に過大な温度許容偏差バイアス信号Ｓ３を加えて閾値を広げており、燃焼器に異常が発生してもそれを的確に検出できず、検出できるは、ガスタービンが静的運転状態になってから、つまりタービンの回転数または負荷が安定してからであり、場合によっては発電に支障を来たす恐れがあるという問題があった。
【００２０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、ガスタービン発電機を起動してから静的運転状態に至までの燃焼器の燃焼状態を的確に監視することにより、燃焼異常を早期に発見し、不具合を未然に防止することのできるガスタービン燃焼監視装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、前記燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、前記タービンの負荷変化中に、第１のバイアス値を出力するよう予め設定された第１のバイアス値出力手段と、前記タービンの負荷が変化しない定常運転中に、第２のバイアス値を出力するよう予め設定された第２のバイアス値出力手段と、前記タービン起動中に、前記タービンの回転速度の変化に応じた第３のバイアス値を出力する第３のバイアス値出力手段と、前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記第３のバイアス値出力手段を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記第１または第２のバイアス値出力手段のいずれか一方を選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたバイアス値出力手段の出力と排ガス温度の許容偏差値とを加算して前記燃焼器を監視する監視手段とを具備したことを特徴とを具備している。
【００２２】
この請求項１記載の発明では、選択手段が、起動スイッチに連動して燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間は選択手段が第３のバイアス値出力手段を選択し、定常運転に入ると、負荷状態に応じて第１または第２のバイアス値出力手段のいずれか一方を選択する。
【００２３】
したがって、ガスタービン発電機を起動してから静的運転状態に至までに、適正なバイアスを加えて燃焼器の燃焼状態を的確に監視できるようになり、燃焼異常を早期に発見し、不具合を未然に防止することができる。
【００２４】
請求項２記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、前記空気圧縮機の吐出空気温度を検出する吐出空気温度検出手段と、前記排気ダクト内に複数配置され、前記排気ダクト内の各部位の排ガス温度を測定する排ガス温度測定手段と、前記タービンの回転速度を検出し速度信号を出力するタービン速度検出手段と、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された排ガス温度の平均値または中間値を算出する排ガス温度平均値演算手段と、前記排ガス温度平均値演算手段により算出された排ガス温度の平均値または中間値と、前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度とから、排ガス温度の許容偏差を演算する排ガス温度許容偏差演算手段と、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大と最小の排ガス温度の偏差を演算する排ガス温度偏差最大／最小演算手段と、前記タービン速度検出手段から出力されたタービンの速度信号を基に、前記排ガス温度の許容偏差に対するバイアスを発生する排ガス温度許容偏差バイアス発生手段と、前記タービンの負荷が変化するときに対応して予め所定の動的バイアス値が設定された動的バイアス設定手段と、定常運転時、前記タービンの負荷が変化しないときに対応して予め所定の静的バイアス値が設定された静的バイアス設定手段と、前記静的バイアス設定手段と前記動的バイアス設定手段と前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段とが接続され、前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段の出力を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記静的または動的バイアス設定手段のいずれか一方を選択する選択手段と、前記排ガス温度許容偏差演算手段により演算された排ガス温度許容偏差と、前記選択手段により選択された排ガス温度許容偏差バイアスとを加算する加算手段と、前記加算手段により加算されて得られたバイアスを含む排ガス温度許容偏差の値と、前記排ガス温度偏差最大／最小演算手段により演算された最大／最小の温度偏差とを比較し、最大／最小の排ガス温度偏差の方が大きい場合、前記燃焼器の燃焼異常を報知するための警報指令を出力する警報指令出力手段とを具備したことを特徴としている。
【００２５】
この請求項２の発明では、ガスタービン起動時の温度許容偏差バイアス値を固定値とはせずに、ガスタービン速度を検出しその検出信号を基に関数演算して得た温度許容偏差バイアスと、排ガス温度許容偏差演算手段により演算された温度許容偏差とを加算したバイアス許容温度偏差と、排ガス温度偏差最大／最小演算手段により演算された最大／最小の温度偏差とを比較し異常を検出する。
【００２６】
すなわち、ガスタービン起動中に、ガスタービン速度に応じて排ガス温度許容偏差バイアスが変化し、燃焼器の燃焼状態が監視されるので、ガスタービン起動中の燃焼器の燃焼異常、例えば失火、損傷などを早期に、しかも的確に検出できる。
【００２７】
請求項３記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記起動スイッチがオンされ前記燃焼器が着火されたときに、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大値の排ガス温度を検出する排ガス温度最大値検出手段と、前記排ガス温度最大値検出手段により検出された最大値の排ガス温度と予め設定されている正常時の値とを比較して排ガス温度の最大値が正常時よりも低くなってときに異常を示す信号を出力する排ガス温度レベル検出手段と、前記排ガス温度レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段を具備したことを特徴としている。
【００２８】
この請求項３記載の発明の場合、ガスタービン着火時に未着火の燃焼器があった場合、着火時の排ガス温度上昇の最大値が正常時に比べて低い値となるため、着火時の排ガス温度上昇の最大値が低いことを検出して異常を示す信号を判定手段へ出力する。判定手段では、異常を示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００２９】
すなわち、排ガス温度上昇の最大値のレベル検出結果と警報指令との２つの判定条件から燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火時の燃焼器の未着火などが早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３０】
請求項４記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記排ガス温度平均値演算手段により、順次、算出される排ガス温度の平均値または中間値から排ガス温度の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも低くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する変化率検出手段と、前記変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴としている。
【００３１】
この請求項４記載の発明では、ガスタービン着火から暖機移行時に、燃料流量を絞り込むために燃焼器が失火する場合がある。このとき、排ガス温度の上昇率が正常時に比べて低い値となるため、ガスタービン着火から暖機モード移行時の排ガス温度上昇率が低いことを検出する。そして、この排ガス温度上昇率が低いことを示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００３２】
すなわち、ガスタービン着火から暖機移行時の排ガス温度上昇率の変化率検出結果と、ガスタービン起動中の警報指令との２つの判定条件から燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火から暖機移行時の燃焼器失火が早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３３】
請求項５記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記燃料流量指令信号の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも高くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する燃料流量指令変化率検出手段と、前記燃料流量指令変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴としている。
【００３４】
この請求項５記載の発明では、ガスタービン速度制御中に燃焼器が失火した場合に、予め設定されている回転速度上昇率または目標速度を維持するために燃料流量指令が一時的に増加するため、ガスタービン速度制御中において燃料流量指令が急増したことを検出する。そして燃料流量指令変化率が急増したことを示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００３５】
すなわち、ガスタービン速度制御中の燃料流量指令増加率の変化率検出結果と、ガスタービン起動中の警報指令との２つの判定条件から燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火から暖機移行時の燃焼器失火が早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３６】
請求項６記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最低値の排ガス温度を検出する排ガス温度最低値検出手段と、前記排ガス温度検出手段により検出された最低値の排ガス温度から前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度を差し引く減算手段と、前記減算手段により減算されて得られた温度偏差と、予め設定されている正常時の値とを比較して温度偏差が正常時よりも小さくなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する温度偏差レベル検出手段と、前記温度偏差レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴としている。
【００３７】
この請求項６記載の発明では、ガスタービン起動中に燃焼器が失火した場合に、失火した燃焼器の下流に相当する排ガス温度が空気圧縮機吐出空気温度相当に低下するため、起動中の排ガス温度最低値と空気圧縮機吐出空気温度の偏差が小さくなったことを検出する。そしてこの温度偏差が小さくなったことを示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００３８】
すなわち、ガスタービン起動中の排ガス温度最低値と空気圧縮機吐出空気温度の偏差信号と警報指令とを基に燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火から暖機移行時の燃焼器の失火が早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図１は本発明に係る第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図、図２はタービン速度／排ガス温度許容偏差バイアスの関係を示す図である。
【００４１】
図１において、１はガスタービン発電機の空気圧縮機であり、大気中より吸気ダクト１ａから流入した空気を圧縮する。２は燃焼器であり、供給された燃料を内部の複数のノズルから噴射して圧縮空気と混合して点火し燃焼させて高温（1000゜Ｃ以上）の燃焼ガスを発生する。３はタービンであり、燃焼器２で発生された高温の燃焼ガスによって駆動し回転軸３ａを回転させる。４は燃料流量調整弁であり、燃料流量指令Ｓ１１に基づき燃料の流量を調整し燃焼器２へ供給する。５は排気ダクトであり、タービン３を通過し仕事を終えた排気ガスを排出するものである。６は排ガス温度検出器（排ガス温度センサ）であり、排気ダクト５内に複数点在して例えば環状などに配置され、排気ダクト５内の比較的低温（500 ゜Ｃ程度）の各部位の温度を検出（測定）する。７は空気圧縮機吐出温度検出器（空気温度センサ）であり、空気圧縮機１から吐出する圧縮空気の温度を検出（測定）する。８は排ガス温度平均値演算器であり、排ガス温度センサ６で得られた各排ガス温度の平均値を算出する。９は排ガス温度許容偏差演算器であり、空気温度センサ７で得られた空気圧縮機１から吐出される圧縮空気の温度信号Ｓ２７を基に関数演算を行い排ガス温度の許容偏差信号Ｓ４を算出する。１０は排ガス温度（最大−最小）偏差演算器であり、複数の排ガス温度センサ６で得られた排ガス温度のうち最大と最小との偏差を算出し排ガス温度偏差信号Ｓ１を出力する。１１は第１のバイアス値出力手段としての動的温度許容偏差バイアス設定器であり、ガスタービンの運転状態が例えば定常運転時から負荷を変化させる際などの動的な状態（負荷変化中など）に対応する第１のバイアス値としての温度許容偏差バイアスが設定されており、そのときに応じた温度許容偏差バイアス値を出力する。１２は第２のバイアス値出力手段としての静的温度許容偏差バイアス設定器であり、ガスタービンの運転状態が過渡期を過ぎ、定常運転状態になったときなどの静的状態に対応する第２のバイアス値としての温度許容偏差バイアスが設定されており、そのときに応じた温度許容偏差バイアス値を出力する。１３は加算器であり、ガスタービンの運転状態に応じて出力された温度許容偏差信号Ｓ３と、排ガス温度許容偏差演算器９から出力された排ガス温度の許容偏差信号Ｓ４とを加算し、バイアス値を含む許容温度偏差信号（バイアス許容温度偏差信号）Ｓ２を出力する。１４は警報指令出力手段としての比較器であり、排ガス温度偏差（最大−最小）演算器１０から出力された排ガス温度偏差信号Ｓ１とバイアス許容温度偏差信号Ｓ２とを比較して、Ｓ１＞Ｓ２であれば、排ガス温度偏差「大」を示すロジック信号を出力する。２１はガスタービン速度検出器（GT速度センサ）であり、回転軸３ａ付近に配置され、タービン３の回転速度を検出してガスタービン速度検出信号（GT速度検出信号）Ｓ２１を出力する。２２は第１のバイアス値出力手段としての温度許容偏差バイアス発生器であり、GT速度検出信号Ｓ２１を基に関数演算を行い、第３のバイアス値としての所定の特性のバイアス値Ｓ３を出力する。この実施形態では、図２に示すように、バイアス値Ｓ３は、ガスタービン着火から極わずかな時間の暖機までは最大値となり、それから一定の傾斜で低くなる特定を有するものである。２３は切換スイッチであり、起動スイッチと連動して、ガスタービン起動時には温度許容偏差バイアス発生器２２側（GT起動中側）を選択し、定常運転に入ると、タービン３の負荷状態に応じて動的温度許容偏差バイアス設定器１１または静的温度許容偏差バイアス設定器１２のいずれか一方を選択する。
【００４２】
続いて、この第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置の動作を説明する。
【００４３】
このガスタービン燃焼監視装置の場合、ガスタービン発電機を起動する際、オペレータが起動スイッチをオンするが、この起動スイッチと連動して、切換スイッチ２３がGT起動中側に切換えられる共に、静的許容温度偏差バイアス設定器１２に接続されているスイッチがオフされる。
【００４４】
一方、起動スイッチがオンされたことで、燃焼器２が着火されて、燃焼ガスがタービン３へ供給されてタービン３が回転を始める。
【００４５】
すると、その回転軸３ａ付近に配置されたGT速度センサ２１からGT速度検出信号Ｓ２１が出力され、温度許容偏差バイアス発生器２２に入力される。この温度許容偏差バイアス発生器２２では、入力されたGT速度検出信号Ｓ２１の変化に応じて所定の関数式で演算を行い、得られた温度許容偏差バイアス値を、第３のバイアス信号として切換スイッチ２３へ出力する。切換スイッチ２３からは、第３のバイアス信号がそのまま温度許容偏差バイアス信号Ｓ３として加算器１３へ出力される。
【００４６】
加算器１３では、入力された温度許容偏差バイアス信号Ｓ３と、温度許容偏差演算器９からの信号（排ガス温度許容偏差信号）Ｓ４とが加算されてバイアス値を含む許容温度偏差信号Ｓ２とされて判定器１４へ出力される。
【００４７】
判定器１４では、このバイアス値を含む許容温度偏差信号Ｓ２と排ガス温度（最大−最小値）偏差演算器１０からの排ガス温度偏差信号Ｓ１とが比較されて、Ｓ１＞Ｓ２であれば、正常時よりも排ガス温度偏差が「大」であることを示すロジック出力（警報指令やトリップ信号）Ｄ１を出力し、燃焼器２の異常を例えば警報ベル、警報ランプおよび警報モニターなどの警報通知手段やトリップ回路などの非常停止手段などへ通知する。
【００４８】
一方、Ｓ１＞Ｓ２でなければ、判定器１４は監視を継続する。
【００４９】
そして、ガスタービン発電機の運転状態が静的運転状態、つまり定常運転に入ると、切換スイッチ２３が静的温度許容偏差バイアス設定器１２側に切り換えられて、静的温度許容偏差バイアス設定器１２からの出力信号で温度許容偏差バイアスＳ３がほぼ 0℃となるような変化率に戻される。
【００５０】
また定常運転に入ってからタービン３の負荷を変化させる場合は、切換スイッチ２３が動的温度許容偏差バイアス設定器１１側に切り換えられて、従来通りの監視動作となる。
【００５１】
上記各信号は、図２に示すような特性で表すことができる。
【００５２】
この図において、Ｓ３は温度許容偏差バイアス発生器２２から出力されるバイアス値、Ｓ１ａは正常燃焼時の排ガス温度偏差値、Ｓ１ｂは燃焼異常時の排ガス温度偏差値、Ｓ２は加算器１３で加算されたいずれかのバイアスを含む排ガス温度偏差値である。
【００５３】
この図２から、ガスタービン着火から暖機にかけては、燃焼器２の燃焼状態が不安定な状態になっているので、温度許容偏差バイアス設定器２２から出力されるバイアス信号Ｓ３は最大値に設定され、その後、タービン３の回転が徐々に上昇するに連れてバイアス信号Ｓ３は一定の傾斜で定格回転数に移行するまで小さくなり、定格回転数に移行すると、燃焼状態が安定してくるので、切換スイッチ２３が静的温度許容偏差バイアス設定器１２側に切り換えられて、静的温度許容偏差バイアス設定器１２からの出力が温度許容偏差バイアスＳ３となり、バイアスがほぼ 0℃となるような変化率に戻される。
【００５４】
このようにこの第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、従来の動的温度許容偏差バイアス設定器１１、静的温度許容偏差バイアス設定器１２の他に、タービン３の起動中にGT速度センサ２１によって検出されたGT速度検出信号Ｓ２１を基に関数演算を行って第３のバイアス信号を出力する温度許容偏差バイアス発生器２２を新たに加えたことで、ガスタービン着火時から定格回転数に至るまでに常に燃焼器２の燃焼状態が的確に監視され、燃焼異常が検出できるようになる。例えばガスタービン発電機着火時の燃焼器２の未着火、着火から暖機移行時の失火、暖機完了後の速度上昇時の失火など、それぞれの燃焼状態に応じて燃焼器２の燃焼異常を早期に発見でき、タービン３の損傷に至る事故を未然に防止することができる。
【００５５】
次に、本発明の第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。図３は本発明の第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００５６】
図３において、３１は排ガス温度最大値検出器であり、複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された中の最大値を検出する。３２は排ガス温度レべル検出器であり、予め正常時の排ガス温度の最大値が設定されており、入力された排ガス温度の最大値と正常時の値とを比較して、正常時に比べて低いことを検出して排ガス温度「低」を示すロジック信号Ｄ２を出力する。３３は判定手段としての論理積演算器であり、ロジック信号Ｄ２と第１実施形態で得られた警報指令Ｄ１とが入力され、互いの論理積をとってロジック信号（警報信号）Ｄ３を上記警報通知手段や非常停止手段などへ出力する。
【００５７】
この場合、ガスタービン着火時に、排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された複数の排ガス温度の検出信号Ｓ２５が排ガス温度最大値検出器３１に入力される。
【００５８】
排ガス温度最大値検出器３１では、複数の排ガス温度検出信号Ｓ２５の中で、温度上昇の最大値のものが検出され、排ガス温度レべル検出器３２に出力される。排ガス温度レべル検出器３２では、入力された最大値の排ガス温度検出信号Ｓ２５と予め設定されている正常時の値とが比較されて、着火時の排ガス温度上昇の最大値が正常時の値に比べて低い場合、排ガス温度「低」を示すロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２は論理積演算器３３に入力される。
【００５９】
論理積演算器３３では、入力されたロジック信号Ｄ２と、第１実施形態で示した警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常がオペレータへ報知される。
【００６０】
このようにこの第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン着火時における排ガス温度の最大値と正常時の値を比較して排ガス温度の最大値が正常時の値に比べて低い場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけで不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００６１】
次に、本発明の第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。
図４は本発明の第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００６２】
図４において、４１は排ガス温度変化率検出器であり、排ガス温度平均値演算器８から順次入力される排ガス温度の平均値を示す信号Ｓ２３から、温度の変化率、この場合、起動時であるので温度上昇率を算出し、算出した排ガス温度上昇率と予め設定されている正常時の値とを比較して、排ガス温度上昇率が正常時に比べて低いことを検出して上昇率「低」を示すロジック信号Ｄ２を論理積演算器３３へ出力する。
【００６３】
この場合、ガスタービンが着火されると、排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された複数の排ガス温度の検出信号Ｓ２５が排ガス温度平均値演算器８に入力される。
【００６４】
排ガス温度平均値演算器８では、排ガス温度の平均値が算出されて、その信号（排ガス温度平均値信号）Ｓ２３がガスタービン着火から暖機移行時まで、順次排ガス温度変化率検出器４１に入力される。
【００６５】
排ガス温度変化率検出器４１では、ガスタービン着火から暖機移行時までの排ガス温度上昇率が算出される。そして算出された排ガス温度上昇率と予め設定されている正常時の排ガス温度上昇率の値とが比較される。ここで、例えば排ガス温度上昇率が正常時の値に比べて低い場合、排ガス温度変化率検出器４１からロジック信号Ｄ２が論理積演算器３３へ出力される。
【００６６】
論理積演算器３３では、入力されたロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常がオペレータへ報知される。このようにこの第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン着火から暖機移行時までの排ガス温度の上昇率を算出し、正常時の値を比較して排ガス温度の上昇率が正常時の値に比べて低い場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけで不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００６７】
次に、本発明の第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。
図５は本発明の第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００６８】
図５において、５１は燃料流量指令変化率検出器であり、速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１が順次入力されてそれを基に燃料流量指令の増加率を算出し、算出した増加率の値と予め設定されている正常時の増加率の値と比較し、速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１の増加率が正常時の値に比べて高いことを検出してロジック信号Ｄ２を論理積演算器３３へ出力する。
【００６９】
この場合、ガスタービン速度制御中の燃料流量指令信号Ｓ１１が燃料流量指令変化率検出器５１に順次入力されると、燃料流量指令変化率検出器５１では、それを基に燃料流量指令Ｓ１１の増加率が算出される。そして、算出された増加率の値と予め設定されている正常時の増加率の値とが比較される。ここで、例えば速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１の増加率が正常時の値に比べて高い場合、ロジック信号Ｄ２が論理積演算器３３へ出力される。
【００７０】
論理積演算器３３では、速度制御中の燃料流量指令増加率高のロジック信号Ｄ２と排ガス温度偏差「大」を示す警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常が報知される。
【００７１】
このようにこの第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１の増加率と正常時の値を比較して燃料流量指令Ｓ１１の増加率が正常時の値に比べて高い場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけで不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００７２】
次に、本発明の第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。
図６は本発明の第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００７３】
図６において、６１は排ガス温度最低値検出器であり、複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された中の最低値を検出する。６２は減算器であり、排ガス温度最低値検出器６１からの最低値の排ガス温度と、空気温度センサ７で得られた空気圧縮機１から吐出される圧縮空気の温度とを減算して互いの温度偏差を求め出力する。６３は温度偏差レべル検出器であり、予め正常時の温度偏差値が設定されており、減算器６２から入力された温度偏差の値と正常時の値とを比較して、正常時に比べて小さいことを検出して排ガス温度「小」を示すロジック信号Ｄ２を論理積演算器３３へ出力する。
【００７４】
この場合、ガスタービン着火時に、排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された複数の排ガス温度の検出信号Ｓ２５が排ガス温度最低値検出器６１に入力される。
【００７５】
排ガス温度最低値検出器６１では、複数の排ガス温度検出信号Ｓ２５の中で、温度の最低値のものが検出されて減算器６２に出力される。減算器２７には、最低値の排ガス温度と、空気温度センサ７で検出された空気圧縮機吐出空気温度信号Ｓ２６が入力される。
【００７６】
減算器２７では、ガスタービン起動中の最低値の排ガス温度から、空気圧縮機１から吐出された空気温度が差し引かれて互いの温度偏差が算出され、算出された温度偏差信号Ｓ２８が温度偏差レべル検出器６３に入力される。
【００７７】
この温度偏差レべル検出器６３では、起動中の温度偏差と予め設定されている正常時の値とが比較される。ここで起動中の温度偏差が正常時に比べて小さい場合、温度偏差「小」を示すロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２は論理積演算器３３に入力される。
【００７８】
論理積演算器３３では、入力されたロジック信号Ｄ２と、第１実施形態で示した警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常がオペレータへ報知される。
【００７９】
このようにこの第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン着火時における排ガス温度の最低値から、空気圧縮機１から吐出された空気温度を差し引き互いの温度偏差を求め、この温度偏差と正常時の値とを比較してガスタービン起動中の温度偏差が正常時の値に比べて小さい場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけて不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００８０】
なお上記第２〜第５各実施形態では、警報指令Ｄ１とロジック信号Ｄ２との論理積をとって警報信号Ｄ３を出力したが、本発明は論理積演算器３３だけに限定されるものてはなく、ソフト的な判定手段であってもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、負荷変化中や定常運転中のときの他、起動中にタービンの回転速度の変化に応じてバイアス値を出力する第３のバイアス値出力手段（排ガス温度許容偏差バイアス発生手段）を設けたので、燃焼器を点火してからタービンが定格回転（静的運転状態）に至までの燃焼器の燃焼状態を的確に監視できるようになり、これによって燃焼異常を早期に発見できるようになり、不具合を未然に防止することができる。
【００８２】
また燃焼異常として出力される警報指令に対して、排ガス温度や燃料流量指令などのレベルや変化率などを加味することにより、警報の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図２】タービン速度／排ガス温度許容偏差バイアスの関係図。
【図３】本発明に係る第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図４】本発明に係る第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図５】本発明に係る第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図６】本発明に係る第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図７】従来のガスタービン燃焼監視装置を示す図。
【符号の説明】
１…空気圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…燃料流量調節弁、５…排気ダクト、６…排ガス温度センサ、７…空気圧縮機吐出温度センサ、８…排ガス温度平均値演算器、９…許容温度偏差演算器、１０…排ガス温度（最大−最低）偏差演算器、１１…動的許容温度偏差バイアス設定器、１２…静的許容温度偏差バイアス設定器、１３…加算器、１４…判定器、２１…GT速度センサ、２２…温度許容偏差バイアス発生器、２３…切換スイッチ、３１…排ガス温度最大値検出器、３２…排ガス温度レベル検出器、３３…論理積演算器、４１…排ガス温度変化率検出器、５１…燃料流量指令変化率検出器、６１…排ガス温度最低値検出器、６２…減算器、６３…温度偏差レベル検出器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine combustion monitoring device used in, for example, a power plant.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a power plant where a gas turbine generator is installed, a gas turbine combustion monitoring device for monitoring the operation state of the gas turbine generator has been used, but monitoring is uneven and improvement is desired. Yes.
[0003]
FIG. 7 shows a general gas turbine generator and a conventional gas turbine combustion monitoring apparatus. As shown in the figure, the gas turbine generator includes an air compressor 1, a combustor 2, a turbine 3, a fuel flow rate adjustment valve 4, an exhaust duct 5, a plurality of temperature detectors (exhaust gas temperature sensor 6, air compressor discharge). Temperature sensor 7). The exhaust gas temperature sensors 6 are attached so that a plurality of exhaust gas temperature sensors 6 are annularly scattered in the exhaust duct 5. The air compressor discharge temperature sensor 7 is attached in the vicinity of the compressed air discharge portion in the air compressor 1.
[0004]
On the other hand, the gas turbine combustion monitoring device monitors the operating state of the gas turbine generator based on the detection signals detected and measured by the temperature detectors 6 and 7 of the gas turbine generator.
[0005]
In the case of this type of gas turbine generator, air in the atmosphere flows into the air compressor 1, is compressed by the air compressor 1, and is discharged to the combustor 2. Here, the fuel adjusted by the fuel flow rate adjusting valve 4 is discharged from a plurality of nozzles of the combustor 2 and ignited. As a result, the fuel is combusted in the combustor 2, and high-temperature combustion gas is generated. To be supplied.
[0006]
The turbine 3 rotates around a shaft by the pressure of high-temperature combustion gas, and drives a generator disposed on the shaft to generate electric power. The combustion gas that has passed through the turbine 3 is discharged to the atmosphere through the exhaust duct 5.
[0007]
In controlling such a gas turbine generator, it is necessary to know the state of the combustor 2, that is, to monitor the combustion state of the combustor 2. The best method is to determine the temperature distribution in the combustor 2. It is to be understood that the temperature of the combustion gas in the combustor 2 is very high (1000 ° C. or higher), so a temperature sensor is installed directly in the combustor 2 to measure the temperature of the combustion gas. It is not possible.
[0008]
For this reason, in general, the temperature of the exhaust gas (approximately 500 ° C.) exhausted downstream from the combustor 2, that is, at a low temperature by working in the turbine 3, is measured by a plurality of exhaust gas temperature sensors in the exhaust duct 5. 6, each detection signal is taken into the gas turbine combustion monitoring device, its temperature distribution is obtained, and compared with a preset temperature allowable deviation value, normal or abnormal in the combustor 2 (combustor Damage, misfire, etc.).
[0009]
Hereinafter, a conventional gas turbine combustion monitoring apparatus will be described in detail.
[0010]
The detection signals of the exhaust gas temperatures measured by the plurality of exhaust gas temperature sensors 6 are input to the exhaust gas temperature average value calculator 8 of the gas turbine combustion monitoring device.
[0011]
In the exhaust gas temperature average value calculator 8, the average value of each exhaust gas temperature is calculated and output to the exhaust gas temperature allowable deviation calculator 9. The exhaust gas temperature allowable deviation calculator 9 receives the average value of the exhaust gas temperature and the discharge temperature of the air compressor 1 detected by the air compressor discharge temperature detector 7, and performs a function calculation based on these values. Thus, the temperature allowable deviation is calculated.
[0012]
By the way, the exhaust gas temperature distribution in the exhaust duct 5 is not uniform due to the influence of the temperature distribution at the outlet of the combustor 2 and the mixing of cooling air.
[0013]
In particular, when the operation of the gas turbine is dynamic (starting, stopping, changing load, etc.), the fuel flow command signal S11 fluctuates, and the fuel flow S12 input to the combustor 2 is not uniform. The maximum and minimum deviations of the exhaust gas temperature are increased. Therefore, the temperature allowable deviation bias is preset in the dynamic temperature allowable deviation bias setting device 11 by switching the switch to the dynamic temperature allowable deviation bias setting device 11 when the operation state of the gas turbine generator is dynamic. The allowable temperature deviation bias is input to the adder 13 and added to the exhaust gas temperature allowable deviation signal S4 from the exhaust gas temperature allowable deviation calculator 9, thereby increasing the allowable bias temperature deviation signal S2 and widening the threshold.
[0014]
Further, when the operation state of the gas turbine generator is static, that is, when entering the steady operation, the switch is switched to the static temperature allowable deviation bias setting device 12 side so that the temperature allowable deviation bias becomes approximately 0 ° C. Has a rate of change.
[0015]
The allowable bias temperature deviation signal S2 obtained by the adder 13 is input to a determiner 14, which determines the allowable bias temperature deviation signal S2 and the exhaust gas temperature deviation (maximum-minimum) calculator 10 in the determiner 14. The combustion state of the combustor 2 is determined by comparing with the exhaust gas temperature deviation signal S1. If S1> S2, the determiner 14 determines that the combustor 2 is abnormal and outputs an alarm command or a trip signal.
[0016]
By the way, since the combustor 2 of the gas turbine generator is in a state where the internal pressure and temperature are extremely high during power generation, if a failure occurs in the combustor 2, it is serious as a generator if it is overlooked without notice. May develop into a serious obstacle.
[0017]
The relatively small malfunctions that occur in the combustor 2 are combustor abnormalities such as unignition and misfire of some nozzles in the combustor 2, and such malfunctions frequently occur in the startup process of the turbine.
[0018]
However, the conventional gas turbine combustion monitoring device is dynamic and static so that the combustion state of the combustor 2 is monitored after the gas turbine generator enters the steady operation state for the convenience of widening the threshold at the time of startup. These two bias setting devices 11 and 12 are set, and the failure cannot be accurately detected at the time of starting the turbine when the failure is likely to occur in the combustor 2.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional gas turbine combustion monitoring device described above, when the turbine is in a dynamic operation state (starting up or changing load), the temperature deviation value detected by each temperature detector varies greatly. The threshold is widened by adding an excessive temperature allowable deviation bias signal S3 to the temperature allowable deviation signal S4, and even if an abnormality occurs in the combustor, it cannot be accurately detected. There has been a problem that there is a possibility that power generation may be hindered in some cases after the state is reached, that is, after the rotational speed or load of the turbine is stabilized.
[0020]
The present invention has been made to solve such a problem, and by accurately monitoring the combustion state of the combustor from the start of the gas turbine generator to the static operation state, the combustion abnormality is detected. An object of the present invention is to provide a gas turbine combustion monitoring device that can be discovered at an early stage and can prevent problems.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the gas turbine combustion monitoring apparatus according to the first aspect of the present invention compresses air in the atmosphere with an air compressor and discharges it to the combustor when the start switch is turned on. A gas turbine generator that supplies fuel from a fuel flow control valve to the combustor according to a flow rate command, rotates a turbine with combustion gas obtained by burning the fuel in the combustor, and exhausts the combustion gas through an exhaust duct In the gas turbine combustion monitoring device for monitoring the first bias value output means preset to output the first bias value during the load change of the turbine, and during the steady operation in which the load of the turbine does not change And a second bias value output means preset to output the second bias value, and according to a change in the rotational speed of the turbine during startup of the turbine. The third bias value output means for outputting a third bias value and the third bias value output means are selected in conjunction with the start switch from the start of combustion of the combustor to the steady operation. At the same time, when a steady operation is started, a selection means for selecting one of the first or second bias value output means according to the load state, an output of the bias value output means selected by the selection means, and exhaust gas And a monitoring means for monitoring the combustor by adding an allowable temperature deviation value.
[0022]
According to the first aspect of the present invention, the selection means selects the third bias value output means during the period from the start of combustion of the combustor to the steady operation in conjunction with the start switch, and the steady operation is performed. Upon entering, either one of the first and second bias value output means is selected according to the load state.
[0023]
Therefore, it is possible to accurately monitor the combustion state of the combustor by applying an appropriate bias from the start of the gas turbine generator to the static operation state, and early detection of combustion abnormalities, It can be prevented in advance.
[0024]
According to a second aspect of the present invention, when the start switch is turned on, the gas turbine combustion monitoring device compresses air in the atmosphere with an air compressor and discharges the air to the combustor, and supplies fuel to the fuel flow rate adjustment valve according to a fuel flow rate command. In the gas turbine combustion monitoring apparatus for monitoring a gas turbine generator that supplies a gas to a combustor, rotates a turbine with combustion gas obtained by burning fuel in the combustor, and the combustion gas is exhausted through an exhaust duct. Discharge air temperature detection means for detecting the discharge air temperature of the air compressor, a plurality of exhaust air temperature measurement means arranged in the exhaust duct and measuring the exhaust gas temperature of each part in the exhaust duct, and rotation of the turbine Turbine speed detection means for detecting the speed and outputting a speed signal, and an average value or an intermediate value of the exhaust gas temperatures measured by the plurality of exhaust gas temperature detectors. The exhaust gas temperature average value calculating means, the average or intermediate value of the exhaust gas temperature calculated by the exhaust gas temperature average value calculating means, and the discharge air temperature of the air compressor detected by the discharge air temperature detecting means Exhaust gas temperature tolerance deviation calculating means for calculating an exhaust gas temperature tolerance deviation, and exhaust gas temperature deviation maximum / minimum calculation means for calculating a deviation between the maximum and minimum exhaust gas temperatures measured by the plurality of exhaust gas temperature detectors. And an exhaust gas temperature allowable deviation bias generating means for generating a bias for the exhaust gas temperature allowable deviation based on the turbine speed signal output from the turbine speed detecting means, and corresponding to when the load of the turbine changes. Dynamic bias setting means with a predetermined dynamic bias value set in advance, and during steady operation, when the load on the turbine does not change In response, a static bias setting means in which a predetermined static bias value is set in advance, the static bias setting means, the dynamic bias setting means, and the exhaust gas temperature allowable deviation bias generating means are connected, and the activation During the period from the start of combustion of the combustor to the steady operation in conjunction with the switch, the output of the exhaust gas temperature allowable deviation bias generating means is selected, and when entering the steady operation, the static or Addition for adding one of the dynamic bias setting means, the exhaust gas temperature allowable deviation calculated by the exhaust gas temperature allowable deviation calculating means, and the exhaust gas temperature allowable deviation bias selected by the selection means And an exhaust gas temperature allowable deviation value including a bias obtained by addition by the adding means, and the exhaust gas temperature deviation maximum / minimum calculation method. An alarm command output means for outputting a warning command for notifying the combustion abnormality of the combustor when the maximum / minimum exhaust gas temperature deviation is greater than the maximum / minimum temperature deviation calculated by the stage; It is characterized by comprising.
[0025]
According to the second aspect of the present invention, the temperature allowable deviation bias obtained by detecting the gas turbine speed and calculating the function based on the detection signal without setting the temperature allowable deviation bias value at the time of starting the gas turbine as a fixed value. The bias allowable temperature deviation obtained by adding the temperature allowable deviation calculated by the exhaust gas temperature allowable deviation calculating means is compared with the maximum / minimum temperature deviation calculated by the exhaust gas temperature deviation maximum / minimum calculating means to detect an abnormality. .
[0026]
That is, during the gas turbine startup, the exhaust gas temperature allowable deviation bias changes according to the gas turbine speed and the combustion state of the combustor is monitored, so that the combustion abnormality of the combustor during the gas turbine startup, for example, misfire, damage, etc. Can be detected early and accurately.
[0027]
A gas turbine combustion monitoring apparatus according to a third aspect of the present invention is the gas turbine combustion monitoring apparatus according to the second aspect, wherein when the start switch is turned on and the combustor is ignited, the plurality of exhaust gas temperature detectors are The exhaust gas temperature maximum value detecting means for detecting the maximum exhaust gas temperature among the measured exhaust gas temperature, the maximum exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature maximum value detecting means, and a preset normal value Compared with the exhaust gas temperature level detection means for outputting a signal indicating an abnormality when the maximum value of the exhaust gas temperature is lower than normal, the signal output from the exhaust gas temperature level detection means and the alarm command output means It is characterized by comprising a determination means for determining the combustion state of the combustor based on the outputted alarm command.
[0028]
In the third aspect of the invention, if there is an unignited combustor at the time of gas turbine ignition, the maximum value of the exhaust gas temperature rise at the time of ignition is lower than the normal value, so the exhaust gas temperature rise at the time of ignition Is detected to output a signal indicating abnormality to the determination means. In the determination means, the abnormality is detected based on the result of the logical product of the signal indicating the abnormality and the alarm command.
[0029]
In other words, because the combustor abnormality is monitored based on two judgment conditions, the maximum level detection result of the exhaust gas temperature rise and the alarm command, it is possible to detect early non-ignition of the combustor when the gas turbine is ignited. Reliability can be improved.
[0030]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the gas turbine combustion monitoring apparatus according to the second aspect, wherein the exhaust gas temperature is calculated from the average value or the intermediate value of the exhaust gas temperatures sequentially calculated by the exhaust gas temperature average value calculating means. A change rate detecting means for calculating a rate of change in temperature and outputting a signal indicating an abnormality when it is detected that the calculated rate of change is lower than a preset normal value; and the rate of change And determining means for determining a combustion state of the combustor based on a signal output from the detecting means and an alarm command output from the alarm command output means.
[0031]
In the invention according to claim 4, the combustor may misfire in order to narrow down the fuel flow rate during the transition from the gas turbine ignition to the warm-up. At this time, since the rate of increase in the exhaust gas temperature is lower than that in the normal state, it is detected that the rate of increase in the exhaust gas temperature during the transition from the gas turbine ignition to the warm-up mode is low. And abnormality is detected by the result of taking the logical product of the signal which shows that this exhaust gas temperature rise rate is low, and a warning command.
[0032]
That is, since the abnormality of the combustor is monitored based on two judgment conditions, that is, the detection result of the change rate of the exhaust gas temperature rise rate at the time of transition from gas turbine ignition to warm-up and the alarm command during gas turbine startup, Combustor misfire at the time of machine transition can be detected early, and the reliability of the alarm can be improved.
[0033]
The gas turbine combustion monitoring apparatus according to claim 5 is the gas turbine combustion monitoring apparatus according to claim 2, wherein the rate of change of the fuel flow rate command signal is calculated, and the calculated rate of change is set in a normal state. A fuel flow rate command change rate detection means for outputting a signal indicating an abnormality when it is detected that the value is higher than the value of the fuel flow rate, a signal output from the fuel flow rate command change rate detection means, and the alarm command output means. And determining means for determining the combustion state of the combustor based on the output alarm command.
[0034]
According to the fifth aspect of the present invention, when the combustor misfires during the gas turbine speed control, the fuel flow rate command temporarily increases in order to maintain the preset rotation speed increase rate or the target speed. Detecting that the fuel flow rate command has increased rapidly during the gas turbine speed control. Then, an abnormality is detected as a result of a logical product of a signal indicating that the fuel flow rate command change rate has increased rapidly and an alarm command.
[0035]
In other words, the combustor abnormality is monitored based on two judgment conditions: the change rate detection result of the fuel flow rate command increase rate during gas turbine speed control and the alarm command during gas turbine startup. The combustor misfire at the time can be detected early, and the reliability of the alarm can be improved.
[0036]
A gas turbine combustion monitoring apparatus according to a sixth aspect of the invention is the gas turbine combustion monitoring apparatus according to the second aspect, wherein the exhaust gas temperature for detecting the lowest exhaust gas temperature measured by the plurality of exhaust gas temperature detectors is detected. Subtraction means for subtracting the discharge air temperature of the air compressor detected by the discharge air temperature detection means from the lowest exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection means, and a subtraction means by the subtraction means. Temperature deviation level detection that outputs a signal indicating abnormality when it is detected that the temperature deviation is smaller than normal by comparing the temperature deviation obtained in this time with a preset value at normal time A combustion state of the combustor is determined based on the means, the signal output from the temperature deviation level detection means, and the alarm command output from the alarm command output means. It is characterized by comprising a determination unit.
[0037]
In the invention of claim 6, when the combustor misfires during the gas turbine start-up, the exhaust gas temperature corresponding to the downstream of the misfired combustor decreases to the air compressor discharge air temperature. It is detected that the deviation between the minimum temperature value and the air compressor discharge air temperature has become small. Then, an abnormality is detected based on the result of logical product of the signal indicating that the temperature deviation is reduced and the alarm command.
[0038]
In other words, because the combustor abnormality is monitored based on the exhaust gas temperature minimum value during start-up of the gas turbine, the deviation signal of the air compressor discharge air temperature, and the alarm command, the misfire of the combustor during the transition from gas turbine ignition to warm-up Can be detected early, and the reliability of the alarm can be improved.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0040]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a relationship between turbine speed / exhaust gas temperature allowable deviation bias.
[0041]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an air compressor of a gas turbine generator, which compresses air flowing from the intake duct 1a from the atmosphere. Reference numeral 2 denotes a combustor, which injects supplied fuel from a plurality of nozzles inside, mixes with compressed air, ignites and burns to generate high-temperature (1000 ° C. or higher) combustion gas. Reference numeral 3 denotes a turbine which is driven by high-temperature combustion gas generated in the combustor 2 and rotates the rotary shaft 3a. Reference numeral 4 denotes a fuel flow rate adjusting valve, which adjusts the flow rate of the fuel based on the fuel flow rate command S11 and supplies it to the combustor 2. An exhaust duct 5 exhausts exhaust gas that has passed through the turbine 3 and finished its work. Reference numeral 6 denotes an exhaust gas temperature detector (exhaust gas temperature sensor). A plurality of exhaust gas temperature detectors (exhaust gas temperature sensors) are arranged in, for example, an annular shape in the exhaust duct 5. Is detected (measured). Reference numeral 7 denotes an air compressor discharge temperature detector (air temperature sensor) which detects (measures) the temperature of the compressed air discharged from the air compressor 1. An exhaust gas temperature average value calculator 8 calculates the average value of the exhaust gas temperatures obtained by the exhaust gas temperature sensor 6. Reference numeral 9 denotes an exhaust gas temperature allowable deviation calculator, which performs a function calculation based on the temperature signal S27 of the compressed air discharged from the air compressor 1 obtained by the air temperature sensor 7 and calculates an allowable exhaust gas temperature deviation signal S4. . An exhaust gas temperature (maximum-minimum) deviation calculator 10 calculates a deviation between the maximum and minimum of exhaust gas temperatures obtained by the plurality of exhaust gas temperature sensors 6 and outputs an exhaust gas temperature deviation signal S1. Reference numeral 11 denotes a dynamic temperature allowable deviation bias setter as a first bias value output means, which is a dynamic state when the operating state of the gas turbine changes the load from, for example, a steady operation (during a load change or the like). The temperature allowable deviation bias as the first bias value corresponding to is set, and the temperature allowable deviation bias value corresponding to that is output. Reference numeral 12 denotes a static temperature allowable deviation bias setting device as a second bias value output means. The second setting corresponds to a static state such as when the operating state of the gas turbine has passed the transient period and has entered a steady operating state. A temperature allowable deviation bias is set as the bias value of the current, and a temperature allowable deviation bias value corresponding to the temperature is output. Reference numeral 13 denotes an adder, which adds a temperature allowable deviation signal S3 output according to the operating state of the gas turbine and an exhaust gas temperature allowable deviation signal S4 output from the exhaust gas temperature allowable deviation calculator 9 to add a bias value. An allowable temperature deviation signal (bias allowable temperature deviation signal) S2 is output. Reference numeral 14 denotes a comparator as an alarm command output means, which compares the exhaust gas temperature deviation signal S1 output from the exhaust gas temperature deviation (maximum-minimum) computing unit 10 with the bias allowable temperature deviation signal S2, and satisfies S1> S2. If there is, a logic signal indicating the exhaust gas temperature deviation “large” is output. Reference numeral 21 denotes a gas turbine speed detector (GT speed sensor), which is disposed in the vicinity of the rotary shaft 3a, detects the rotational speed of the turbine 3, and outputs a gas turbine speed detection signal (GT speed detection signal) S21. A temperature allowable deviation bias generator 22 as a first bias value output means performs a function calculation based on the GT speed detection signal S21 and outputs a bias value S3 having a predetermined characteristic as a third bias value. . In this embodiment, as shown in FIG. 2, the bias value S3 has a maximum value from the gas turbine ignition to the warm-up of a very short time, and then has a specification that becomes lower at a constant slope. Reference numeral 23 denotes a change-over switch. In conjunction with the start switch, when the gas turbine is started, the temperature allowable deviation bias generator 22 side (the GT start side) is selected, and when the steady operation is started, according to the load state of the turbine 3 Either the dynamic temperature allowable deviation bias setting device 11 or the static temperature allowable deviation bias setting device 12 is selected.
[0042]
Then, operation | movement of the gas turbine combustion monitoring apparatus of this 1st Embodiment is demonstrated.
[0043]
In this gas turbine combustion monitoring device, when starting the gas turbine generator, the operator turns on the start switch. In conjunction with this start switch, the changeover switch 23 is switched to the GT starting side, The switch connected to the allowable temperature deviation bias setting device 12 is turned off.
[0044]
On the other hand, when the start switch is turned on, the combustor 2 is ignited, the combustion gas is supplied to the turbine 3, and the turbine 3 starts to rotate.
[0045]
Then, the GT speed detection signal S21 is output from the GT speed sensor 21 disposed in the vicinity of the rotation shaft 3a and is input to the temperature allowable deviation bias generator 22. The temperature allowable deviation bias generator 22 performs an operation with a predetermined function equation in accordance with the change in the input GT speed detection signal S21, and uses the obtained temperature allowable deviation bias value as a third bias signal. To 23. From the changeover switch 23, the third bias signal is output as it is to the adder 13 as the temperature allowable deviation bias signal S3.
[0046]
In the adder 13, the input temperature allowable deviation bias signal S3 and the signal (exhaust gas temperature allowable deviation signal) S4 from the temperature allowable deviation calculator 9 are added to obtain an allowable temperature deviation signal S2 including a bias value. It is output to the determiner 14.
[0047]
In the determiner 14, the allowable temperature deviation signal S2 including this bias value is compared with the exhaust gas temperature deviation signal S1 from the exhaust gas temperature (maximum-minimum value) deviation calculator 10, and if S1> S2, the normal state is obtained. Outputs a logic output (alarm command or trip signal) D1 indicating that the exhaust gas temperature deviation is “large”, and alarms such as alarm bells, alarm lamps and alarm monitors, and trips for abnormalities in the combustor 2 Notify emergency stop means such as circuits.
[0048]
On the other hand, if S1> S2, the determiner 14 continues monitoring.
[0049]
When the operation state of the gas turbine generator is in the static operation state, that is, in the steady operation, the changeover switch 23 is switched to the static temperature allowable deviation bias setting device 12 side and the static temperature allowable deviation bias setting device 12 is switched. Is returned to the rate of change such that the temperature allowable deviation bias S3 becomes approximately 0 ° C.
[0050]
When the load on the turbine 3 is changed after entering the steady operation, the changeover switch 23 is switched to the dynamic temperature allowable deviation bias setting device 11 side, and the conventional monitoring operation is performed.
[0051]
Each of the above signals can be expressed by characteristics as shown in FIG.
[0052]
In this figure, S3 is a bias value output from the temperature allowable deviation bias generator 22, S1a is an exhaust gas temperature deviation value during normal combustion, S1b is an exhaust gas temperature deviation value when combustion is abnormal, and S2 is added by an adder 13. It is the exhaust gas temperature deviation value including any bias.
[0053]
From FIG. 2, since the combustion state of the combustor 2 is unstable from the gas turbine ignition to the warm-up, the bias signal S3 output from the temperature allowable deviation bias setting unit 22 is set to the maximum value. After that, as the rotation of the turbine 3 gradually increases, the bias signal S3 decreases with a constant slope until the rated speed is reached, and when the rated speed is reached, the combustion state becomes stable. The change rate is such that the changeover switch 23 is switched to the static temperature allowable deviation bias setting device 12 side and the output from the static temperature allowable deviation bias setting device 12 becomes the temperature allowable deviation bias S3, and the bias becomes approximately 0 ° C. Returned to
[0054]
As described above, according to the gas turbine combustion monitoring apparatus of the first embodiment, in addition to the conventional dynamic temperature allowable deviation bias setting device 11 and the static temperature allowable deviation bias setting device 12, By adding a temperature allowable deviation bias generator 22 that performs a function calculation based on the GT speed detection signal S21 detected by the speed sensor 21 and outputs a third bias signal, the rated rotation from the time of gas turbine ignition. The combustion state of the combustor 2 is always accurately monitored up to the number, and combustion abnormality can be detected. For example, combustor 2 may not be ignited when the gas turbine generator is ignited, misfiring occurs when shifting from ignition to warm-up, and misfiring occurs when the speed is increased after completion of warm-up. It can be detected at an early stage, and an accident leading to damage of the turbine 3 can be prevented in advance.
[0055]
Next, the gas turbine combustion monitoring apparatus of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the gas turbine combustion monitoring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The configuration of the gas turbine combustion monitoring apparatus of the second embodiment is obtained by adding a new configuration to the configuration of the first embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same configurations as those of FIG. The description is omitted.
[0056]
In FIG. 3, reference numeral 31 denotes an exhaust gas temperature maximum value detector, which detects the maximum value detected (measured) by the plurality of exhaust gas temperature sensors 6. 32 is an exhaust gas temperature level detector, and the maximum value of normal exhaust gas temperature is set in advance. Compare the input maximum value of exhaust gas temperature with the normal value and compare with the normal value. It detects that the temperature is low and outputs a logic signal D2 indicating the exhaust gas temperature “low”. Reference numeral 33 denotes a logical product computing unit as a determination means, which receives the logic signal D2 and the alarm command D1 obtained in the first embodiment and takes the logical product of the logic signals (alarm signal) D3 as the alarm. Output to notification means, emergency stop means, etc.
[0057]
In this case, a plurality of exhaust gas temperature detection signals S25 detected (measured) by the plurality of exhaust gas temperature sensors 6 in the exhaust duct 5 are input to the exhaust gas temperature maximum value detector 31 when the gas turbine is ignited.
[0058]
The exhaust gas temperature maximum value detector 31 detects the maximum value of the temperature rise among the plurality of exhaust gas temperature detection signals S25 and outputs it to the exhaust gas temperature level detector 32. In the exhaust gas temperature level detector 32, the input maximum exhaust gas temperature detection signal S25 is compared with a preset value at normal time, and the maximum value of exhaust gas temperature rise at ignition is normal. When the value is lower than the value, a logic signal D 2 indicating the exhaust gas temperature “low” is output, and this logic signal D 2 is input to the AND operator 33.
[0059]
In the logical product calculator 33, the logical product of the input logic signal D2 and the alarm command D1 shown in the first embodiment is taken, and a logic signal (alarm signal) D3 is output to, for example, an alarm notification means. Thus, the abnormality notification of the combustor 2 is notified to the operator by the alarm notification means.
[0060]
Thus, according to the gas turbine combustion monitoring apparatus of the second embodiment, the maximum value of the exhaust gas temperature at the time of gas turbine ignition is compared with the value at the normal time, and the maximum value of the exhaust gas temperature is compared with the value at the normal time. When the signal is low, the logic signal D2 is output, and by taking the logical product of the logic signal D2 and the alarm command D1, an alarm is inadvertently issued only when the actual measured value deviates from the exhaust gas temperature allowable deviation value. The power generation is not stopped by the trip signal, and the reliability of the alarm can be improved.
[0061]
Next, a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the gas turbine combustion monitoring apparatus according to the third embodiment of the present invention. The configuration of the gas turbine combustion monitoring apparatus of the third embodiment is obtained by adding a new configuration to the configuration of the first embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same configurations as those of FIG. The description is omitted.
[0062]
In FIG. 4, reference numeral 41 denotes an exhaust gas temperature change rate detector, which is the rate of change of temperature from the signal S23 indicating the average value of exhaust gas temperature sequentially input from the exhaust gas temperature average value calculator 8, in this case, at the time of startup. Therefore, calculate the temperature rise rate, compare the calculated exhaust gas temperature rise rate with the preset normal value, detect that the exhaust gas temperature rise rate is lower than normal, and raise the rate of increase “low” Is output to the logical product calculator 33.
[0063]
In this case, when the gas turbine is ignited, a plurality of exhaust gas temperature detection signals S25 detected (measured) by the plurality of exhaust gas temperature sensors 6 in the exhaust duct 5 are input to the exhaust gas temperature average value calculator 8.
[0064]
The exhaust gas temperature average value calculator 8 calculates the average value of the exhaust gas temperature, and the signal (exhaust gas temperature average value signal) S23 is sequentially input to the exhaust gas temperature change rate detector 41 from the gas turbine ignition to the warm-up transition time. Is done.
[0065]
The exhaust gas temperature change rate detector 41 calculates the exhaust gas temperature increase rate from gas turbine ignition to warm-up transition. Then, the calculated exhaust gas temperature increase rate is compared with a preset value of normal exhaust gas temperature increase rate. Here, for example, when the exhaust gas temperature rise rate is lower than the normal value, the exhaust gas temperature change rate detector 41 outputs the logic signal D2 to the logical product calculator 33.
[0066]
In the logical product calculator 33, the logical product of the input logic signal D2 and the alarm command D1 is taken, and for example, a logic signal (alarm signal) D3 is output to the alarm notification means or the like. An abnormality of the device 2 is notified to the operator. As described above, according to the gas turbine combustion monitoring apparatus of the third embodiment, the rate of increase in the exhaust gas temperature from the gas turbine ignition to the warm-up transition time is calculated, and the rate of increase in the exhaust gas temperature is compared by comparing the normal values. When the signal is lower than the normal value, the logic signal D2 is output, and by taking the logical product of the logic signal D2 and the alarm command D1, the actual measured value is just outside the exhaust gas temperature allowable deviation value. An alarm is not inadvertently generated or power generation is not stopped by a trip signal, and the reliability of the alarm can be improved.
[0067]
Next, a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. The configuration of the gas turbine combustion monitoring apparatus of the fourth embodiment is obtained by adding a new configuration to the configuration of the first embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same configurations as those of FIG. The description is omitted.
[0068]
In FIG. 5, reference numeral 51 denotes a fuel flow rate command change rate detector, which sequentially inputs the fuel flow rate command S11 during speed control, calculates the increase rate of the fuel flow rate command based on it, and calculates the calculated increase rate value and Compared with the normal increase rate value set in advance, it is detected that the increase rate of the fuel flow rate command S11 during speed control is higher than the normal value, and the logic signal D2 is calculated by the logical product calculator 33. Output to.
[0069]
In this case, when the fuel flow rate command signal S11 during the gas turbine speed control is sequentially input to the fuel flow rate command change rate detector 51, the fuel flow rate command change rate detector 51 increases the fuel flow rate command S11 based on that. A rate is calculated. Then, the calculated increase rate value is compared with a preset normal increase rate value. Here, for example, when the increase rate of the fuel flow rate command S11 during the speed control is higher than the normal value, the logic signal D2 is output to the logical product calculator 33.
[0070]
In the logical product calculator 33, a logical product of the logic signal D2 indicating that the fuel flow rate command increase rate during the speed control is high and the alarm command D1 indicating that the exhaust gas temperature deviation is “high” is obtained. (Alarm signal) D3 is output, so that an abnormality of the combustor 2 is notified by the alarm notification means.
[0071]
As described above, according to the gas turbine combustion monitoring apparatus of the fourth embodiment, the increase rate of the fuel flow rate command S11 during the gas turbine speed control is compared with the normal value, and the increase rate of the fuel flow rate command S11 is normal. When the value is higher than the value, the logic signal D2 is output, and by taking the logical product of the logic signal D2 and the alarm command D1, the actual measured value is inadvertently deviated from the exhaust gas temperature allowable deviation value. An alarm is not issued or power generation is not stopped by a trip signal, and the reliability of the alarm can be improved.
[0072]
Next, a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the gas turbine combustion monitoring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The configuration of the gas turbine combustion monitoring apparatus of the fifth embodiment is obtained by adding a new configuration to the configuration of the first embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same configurations as those of FIG. The description is omitted.
[0073]
In FIG. 6, reference numeral 61 denotes an exhaust gas temperature minimum value detector, which detects the minimum value detected (measured) by the plurality of exhaust gas temperature sensors 6. Reference numeral 62 denotes a subtracter, which subtracts the lowest exhaust gas temperature from the exhaust gas temperature minimum detector 61 and the temperature of the compressed air discharged from the air compressor 1 obtained by the air temperature sensor 7 to subtract each other. Calculate and output temperature deviation. Reference numeral 63 denotes a temperature deviation level detector, in which a normal temperature deviation value is set in advance, and the temperature deviation value input from the subtractor 62 is compared with the normal value to compare with the normal value. And the logic signal D2 indicating the exhaust gas temperature “low” is output to the logical product calculator 33.
[0074]
In this case, a plurality of exhaust gas temperature detection signals S25 detected (measured) by the plurality of exhaust gas temperature sensors 6 in the exhaust duct 5 are input to the exhaust gas temperature minimum value detector 61 at the time of gas turbine ignition.
[0075]
The lowest exhaust gas temperature detector 61 detects the lowest temperature among the plurality of exhaust gas temperature detection signals S25 and outputs it to the subtractor 62. The subtractor 27 receives the lowest exhaust gas temperature and the air compressor discharge air temperature signal S26 detected by the air temperature sensor 7.
[0076]
The subtractor 27 subtracts the temperature of the air discharged from the air compressor 1 from the lowest exhaust gas temperature during startup of the gas turbine to calculate the temperature deviation of each other, and the calculated temperature deviation signal S28 is used as the temperature deviation signal S28. Input to the bell detector 63.
[0077]
The temperature deviation level detector 63 compares the temperature deviation during startup with a preset normal value. When the temperature deviation during startup is smaller than that at normal time, a logic signal D2 indicating a temperature deviation “small” is output, and this logic signal D2 is input to the logical product calculator 33.
[0078]
In the logical product calculator 33, the logical product of the input logic signal D2 and the alarm command D1 shown in the first embodiment is taken, and a logic signal (alarm signal) D3 is output to, for example, an alarm notification means. Thus, the abnormality notification of the combustor 2 is notified to the operator by the alarm notification means.
[0079]
Thus, according to the gas turbine combustion monitoring apparatus of the fifth embodiment, the temperature deviation of each other is obtained by subtracting the temperature of the air discharged from the air compressor 1 from the lowest value of the exhaust gas temperature at the time of gas turbine ignition. When the temperature deviation during normal operation of the gas turbine is smaller than the normal value when the temperature deviation is compared with the normal value, a logic signal D2 is output, and the logical product of the logic signal D2 and the alarm command D1 is calculated. As a result, an alarm is not inadvertently issued when the actual measurement value deviates from the exhaust gas temperature allowable deviation value, or power generation is not stopped by a trip signal, and the reliability of the alarm can be improved.
[0080]
In the second to fifth embodiments, the alarm signal D3 is output by taking the logical product of the alarm command D1 and the logic signal D2. However, the present invention is not limited to the AND operator 33. Alternatively, it may be a software determination means.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the third bias value output means (exhaust gas temperature) that outputs a bias value according to a change in the rotational speed of the turbine during start-up as well as during a load change or steady operation. (Allowable deviation bias generating means) is provided, so that the combustion state of the combustor from when the combustor is ignited until the turbine reaches the rated speed (static operation state) can be monitored accurately. Can be detected at an early stage, and malfunctions can be prevented.
[0082]
Further, the reliability of the alarm can be improved by adding the level and change rate of the exhaust gas temperature and the fuel flow rate command to the alarm command output as a combustion abnormality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a relationship diagram of turbine speed / exhaust gas temperature allowable deviation bias.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a gas turbine combustion monitoring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a conventional gas turbine combustion monitoring device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air compressor, 2 ... Combustor, 3 ... Turbine, 4 ... Fuel flow control valve, 5 ... Exhaust duct, 6 ... Exhaust gas temperature sensor, 7 ... Air compressor discharge temperature sensor, 8 ... Exhaust gas temperature average value calculator , 9 ... Allowable temperature deviation calculator, 10 ... Exhaust gas temperature (maximum-minimum) deviation calculator, 11 ... Dynamic allowable temperature deviation bias setter, 12 ... Static allowable temperature deviation bias setter, 13 ... Adder, 14 Determinator, 21 ... GT speed sensor, 22 ... Temperature tolerance deviation bias generator, 23 ... Changeover switch, 31 ... Exhaust gas temperature maximum value detector, 32 ... Exhaust gas temperature level detector, 33 ... Logical product calculator, 41 ... Exhaust gas temperature change rate detector, 51 ... Fuel flow rate command change rate detector, 61 ... Exhaust gas temperature minimum value detector, 62 ... Subtractor, 63 ... Temperature deviation level detector.

Claims

起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、前記燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、
前記タービンの負荷変化中に、第１のバイアス値を出力するよう予め設定された第１のバイアス値出力手段と、
前記タービンの負荷が変化しない定常運転中に、第２のバイアス値を出力するよう予め設定された第２のバイアス値出力手段と、
前記タービン起動中に、前記タービンの回転速度の変化に応じた第３のバイアス値を出力する第３のバイアス値出力手段と、
前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記第３のバイアス値出力手段を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記第１または第２のバイアス値出力手段のいずれか一方を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたバイアス値出力手段の出力と排ガス温度の許容偏差値とを加算して前記燃焼器を監視する監視手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。When the start switch is turned on, air in the atmosphere is compressed by the air compressor and discharged to the combustor, and fuel is supplied from the fuel flow control valve to the combustor in accordance with a fuel flow command, and the fuel in the combustor In a gas turbine combustion monitoring apparatus for monitoring a gas turbine generator that rotates a turbine with a combustion gas obtained by burning the gas, and the combustion gas is exhausted through an exhaust duct,
First bias value output means preset to output a first bias value during a load change of the turbine;
A second bias value output means preset to output a second bias value during steady operation in which the load of the turbine does not change;
A third bias value output means for outputting a third bias value corresponding to a change in the rotational speed of the turbine during startup of the turbine;
The third bias value output means is selected during the period from the start of combustion of the combustor to the steady operation in conjunction with the start switch, and when the steady operation is started, the first or Selecting means for selecting any one of the second bias value output means;
A gas turbine combustion monitoring apparatus comprising monitoring means for monitoring the combustor by adding the output of the bias value output means selected by the selection means and the allowable deviation value of the exhaust gas temperature.

起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、
前記空気圧縮機の吐出空気温度を検出する吐出空気温度検出手段と、
前記排気ダクト内に複数配置され、前記排気ダクト内の各部位の排ガス温度を測定する排ガス温度測定手段と、
前記タービンの回転速度を検出し速度信号を出力するタービン速度検出手段と、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された排ガス温度の平均値または中間値を算出する排ガス温度平均値演算手段と、
前記排ガス温度平均値演算手段により算出された排ガス温度の平均値または中間値と、前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度とから、排ガス温度の許容偏差を演算する排ガス温度許容偏差演算手段と、
前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大と最小の排ガス温度の偏差を演算する排ガス温度偏差最大／最小演算手段と、
前記タービン速度検出手段から出力されたタービンの速度信号を基に、前記排ガス温度の許容偏差に対するバイアスを発生する排ガス温度許容偏差バイアス発生手段と、
前記タービンの負荷が変化するときに対応して予め所定の動的バイアス値が設定された動的バイアス設定手段と、
定常運転時、前記タービンの負荷が変化しないときに対応して予め所定の静的バイアス値が設定された静的バイアス設定手段と、
前記静的バイアス設定手段と前動的バイアス設定手段と前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段とが接続され、前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段の出力を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記静的または動的バイアス設定手段のいずれか一方を選択する選択手段と、
前記排ガス温度許容偏差演算手段により演算された排ガス温度許容偏差と、前記選択手段により選択された排ガス温度許容偏差バイアスとを加算する加算手段と、
前記加算手段により加算されて得られたバイアスを含む排ガス温度許容偏差の値と、前記排ガス温度偏差最大／最小演算手段により演算された最大／最小の温度偏差とを比較し、最大／最小の排ガス温度偏差の方が大きい場合、前記燃焼器の燃焼異常を報知するための警報指令を出力する警報指令出力手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。When the start switch is turned on, air in the atmosphere is compressed by the air compressor and discharged to the combustor, and fuel is supplied from the fuel flow control valve to the combustor in accordance with a fuel flow command, and the fuel in the combustor In a gas turbine combustion monitoring device for monitoring a gas turbine generator that rotates a turbine with a combustion gas obtained by burning the gas and exhausts the combustion gas through an exhaust duct,
A discharge air temperature detecting means for detecting a discharge air temperature of the air compressor;
Exhaust gas temperature measuring means that is disposed in the exhaust duct and measures the exhaust gas temperature of each part in the exhaust duct;
Turbine speed detecting means for detecting a rotational speed of the turbine and outputting a speed signal; exhaust gas temperature average value calculating means for calculating an average value or an intermediate value of exhaust gas temperatures measured by the plurality of exhaust gas temperature detectors;
Exhaust gas for calculating an allowable deviation of the exhaust gas temperature from the average value or intermediate value of the exhaust gas temperature calculated by the exhaust gas temperature average value calculation means and the discharge air temperature of the air compressor detected by the discharge air temperature detection means Temperature tolerance deviation calculating means;
Exhaust gas temperature deviation maximum / minimum calculation means for calculating a deviation between the maximum and minimum exhaust gas temperatures measured by the plurality of exhaust gas temperature detectors;
Based on the turbine speed signal output from the turbine speed detecting means, an exhaust gas temperature allowable deviation bias generating means for generating a bias for the allowable deviation of the exhaust gas temperature;
Dynamic bias setting means in which a predetermined dynamic bias value is set in advance in response to a change in the load of the turbine;
A static bias setting means in which a predetermined static bias value is set in advance corresponding to when the load of the turbine does not change during steady operation;
The static bias setting means, the pre-dynamic bias setting means, and the exhaust gas temperature allowable deviation bias generating means are connected, and during the period from the start of combustion of the combustor to the steady operation in conjunction with the start switch, Selecting an output of the exhaust gas temperature allowable deviation bias generating means, and selecting a static or dynamic bias setting means according to a load state when entering a steady operation;
An adding means for adding the exhaust gas temperature allowable deviation calculated by the exhaust gas temperature allowable deviation calculating means and the exhaust gas temperature allowable deviation bias selected by the selecting means;
The value of the exhaust gas temperature allowable deviation including the bias obtained by adding by the adding means is compared with the maximum / minimum temperature deviation calculated by the exhaust gas temperature deviation maximum / minimum calculating means, and the maximum / minimum exhaust gas is calculated. A gas turbine combustion monitoring device comprising: an alarm command output means for outputting an alarm command for notifying the combustion abnormality of the combustor when the temperature deviation is larger.

請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記起動スイッチがオンされ前記燃焼器が着火されたときに、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大値の排ガス温度を検出する排ガス温度最大値検出手段と、
前記排ガス温度最大値検出手段により検出された最大値の排ガス温度と予め設定されている正常時の値とを比較して排ガス温度の最大値が正常時よりも低くなってときに異常を示す信号を出力する排ガス温度レベル検出手段と、
前記排ガス温度レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段を具備したことを特徴とする燃焼監視装置。The gas turbine combustion monitoring device according to claim 2, wherein
Exhaust gas temperature maximum value detecting means for detecting the maximum exhaust gas temperature measured by the plurality of exhaust gas temperature detectors when the start switch is turned on and the combustor is ignited;
A signal indicating an abnormality when the maximum value of the exhaust gas temperature is lower than normal by comparing the maximum value of the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature maximum value detection means with a preset value at normal time Exhaust gas temperature level detection means for outputting
A combustion monitoring apparatus comprising: a determination unit that determines a combustion state of the combustor based on a signal output from the exhaust gas temperature level detection unit and an alarm command output from the alarm command output unit .

請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記排ガス温度平均値演算手段により、順次、算出される排ガス温度の平均値または中間値から排ガス温度の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも低くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する変化率検出手段と、
前記変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。The gas turbine combustion monitoring device according to claim 2, wherein
The exhaust gas temperature average value calculating means sequentially calculates the change rate of the exhaust gas temperature from the calculated average value or intermediate value of the exhaust gas temperature, and the calculated change rate becomes lower than a preset normal value. A change rate detecting means for outputting a signal indicating an abnormality when it is detected,
Gas turbine combustion comprising: a determination unit that determines a combustion state of the combustor based on a signal output from the change rate detection unit and an alarm command output from the alarm command output unit Monitoring device.

請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記燃料流量指令信号の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも高くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する燃料流量指令変化率検出手段と、
前記燃料流量指令変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。The gas turbine combustion monitoring device according to claim 2, wherein
A change rate of the fuel flow rate command signal is calculated, and when it is detected that the calculated change rate is higher than a preset normal value, a fuel flow rate change rate of the fuel flow rate command signal is output. Detection means;
And determining means for determining the combustion state of the combustor based on the signal output from the fuel flow rate command change rate detecting means and the alarm command output from the alarm command output means. Gas turbine combustion monitoring device.

請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最低値の排ガス温度を検出する排ガス温度最低値検出手段と、
前記排ガス温度検出手段により検出された最低値の排ガス温度から前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度を差し引く減算手段と、
前記減算手段により減算されて得られた温度偏差と、予め設定されている正常時の値とを比較して温度偏差が正常時よりも小さくなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する温度偏差レベル検出手段と、
前記温度偏差レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。The gas turbine combustion monitoring device according to claim 2, wherein
Exhaust gas temperature minimum value detecting means for detecting the exhaust gas temperature of the lowest value measured by the plurality of exhaust gas temperature detectors,
Subtracting means for subtracting the discharge air temperature of the air compressor detected by the discharge air temperature detection means from the lowest exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection means;
A signal indicating an abnormality when a temperature deviation obtained by subtraction by the subtracting means is compared with a preset normal value to detect that the temperature deviation is smaller than normal. Temperature deviation level detection means for outputting;
A gas turbine comprising: a determination unit that determines a combustion state of the combustor based on a signal output from the temperature deviation level detection unit and an alarm command output from the alarm command output unit. Combustion monitoring device.