JP3902022B2

JP3902022B2 - Gas turbine apparatus and control method thereof

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Publication number: JP3902022B2
Application number: JP2002038360A
Authority: JP
Inventors: テレンスマッケルヴィ; 英史丸井; 政博宮本; 泰古谷; 匡史片岡
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003239764A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン装置に係り、特に、ガスタービンエンジンの燃料調節弁を制御する制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン発電装置は、電力を発生する発電機と、発電機を駆動するためのガスタービンエンジンとから基本的に構成される。ガスタービンエンジンは、回転軸を介して回転自在に取り付けられたタービンと、燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、燃焼器への燃料供給量を調節する燃料調節弁と、空気を圧縮する空気圧縮機とを備えている。
【０００３】
上述の構成において、燃料調節弁により調整された燃料および空気圧縮機により圧縮された空気は燃焼器に供給され、燃焼器にて圧縮空気と燃料との混合気が形成される。そして、燃焼器において混合気を燃焼させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスがタービンに供給されることによりタービンが高速で回転するようになっている。回転軸の一端には発電機が取り付けられており、回転軸を介してタービンにより発電機を駆動することで発電が行われる。
【０００４】
このようなガスタービン発電装置においては、燃料調節弁の弁開度の制御により、起動制御あるいは定速運転制御等の各種の運転制御が行われる。例えば、エンジン燃焼排ガス温度を検出して、これが一定の値を超えないように発電電力の調整が行われる。即ち、発電出力の増大はガスタービンエンジンにおける燃焼量の増大に関連し、最大発電出力はガスタービンエンジンにおける許容燃焼排ガス温度により決められる。
【０００５】
エンジン燃焼排ガス温度を許容可能な一定の目標温度に保つための制御は、目標値に対して所定幅の上限値と下限値とを設定する。そして、排ガス温度が上限値に到達すると、発電機出力を下げる制御を行い、排ガス温度が下がり下限値に到達すると、発電機出力を増大する制御を行う。しかしながら、発電機出力の増大または低減の速度が問題であり、この速度を大きくするとハンチングが生じ、エンジン制御系の動作が不安定になるという問題がある。また、発電機出力の増大または低減の速度を小さくすると、所要値に到達するのに時間がかかり、またオーバシュートが大きくなるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、エンジン燃焼排ガス温度のオーバシュートという問題が生ぜず、且つ安定した動作が行えるガスタービン装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、本発明のガスタービン装置は、空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジンと、前記ガスタービンに直結した発電機とを備えたガスタービン装置において、前記エンジンの燃焼排ガス温度を計測するセンサと、前記センサで計測された燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第１の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低い速度で低減する手段と、前記第１の設定値よりも高い第２の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を高い速度で低減する手段と、前記燃焼排ガス温度が目標温度よりも低い第３の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を低い速度で増加する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のガスタービン装置の制御方法は、空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジンと、前記ガスタービンに直結した発電機とを備えたガスタービン装置において、前記エンジンの燃焼排ガス温度を計測し、燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第１の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低い速度で低減し、前記燃焼排ガス温度がさらに上昇して、前記第１の設定値よりも高い第２の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を高い速度で低減し、前記燃焼排ガス温度が下降して目標温度よりも低い第３の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を低い速度で増加することを特徴とする。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第１の設定値を超えた場合に発電機出力を低い速度で低減し、更に第１の設定値よりも高い第２の設定値を超えた場合に発電機の出力を高い速度で低減する。従って、エンジンの燃焼排ガス温度が高い方の第２の設定値を超えた場合には、直ちに燃焼負荷が低減するので、燃焼排ガス温度が急速に低減する。これにより燃焼排ガス温度が目標温度を大幅に超えるオーバシュートという問題が防止される。
【００１０】
また、上記発電機出力が高い速度で低減しても、目標温度以下で第３の設定値を下回った場合には、発電機出力は低い速度で増加する。従って、高い速度で発電機出力を低下させる際に、目標温度よりも低い領域で再び発電機出力を高い速度で上昇させることがない。このため、発電機出力が目標温度を下回った場合には発電機出力は緩やかに増大するように制御され、これに伴いエンジンの燃焼排ガス温度も緩やかに上昇し、燃焼排ガス温度は目標温度を挟んで第１の設定値と第３の設定値との間に収束する。
【００１１】
それ故、燃焼排ガス温度のオーバシュートという問題が生ぜず、安定に燃焼排ガス温度を所定の最大許容値に制御することが可能となる。これにより、燃焼排ガス温度をその許容可能な上限値いっぱいで使用することができるので、ガスタービンエンジンが有する最大の発電出力を取り出すことが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態のガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態におけるガスタービン装置は、タービン１と、タービン１に回転駆動されて回転する発電機５と、タービン１に燃焼ガスを供給する燃焼器２と、燃焼器２への燃料の供給量を調節する燃料調節弁１４と、燃焼器２に圧縮空気を供給する空気圧縮機３と、タービン１に供給された後の燃焼ガスの熱を利用して圧縮空気を加温する再生熱交換器４と、タービン１を制御対象とする制御装置１３とを備えている。
【００１４】
タービン１は流体を受けて回転するための複数の回転翼（図示せず）を有し、ケーシング（図示せず）に収納され、回転軸６を介して回転自在に支持されている。空気圧縮機３は回転軸６を介してタービン１により駆動されて空気を圧縮するように構成されている。この空気圧縮機３は配管７を介して燃焼器２に接続されており、空気圧縮機３により圧縮された空気は配管７を通って燃焼器２に供給される。なお、配管７の途中には再生熱交換器４が設置されており、空気圧縮機を出た圧縮空気は、再生熱交換器４により加温された後、燃焼器２に供給されるようになっている。
【００１５】
燃料調節弁１４は、燃焼器２の上流側に配置され、図示しない燃料供給源から供給された燃料は、この燃料調節弁１４を通過した後、燃焼器２に供給される。燃料調節弁１４は、弁の開度が可変に構成され、この弁の開度を操作することにより、燃焼器２への燃料の供給量が調節されるようになっている。
【００１６】
燃焼器２に供給された燃料および圧縮空気は燃焼器２において混合気を形成する。燃焼器２にて図示しない着火プラグにより混合気が着火されて高温・高圧の燃焼ガスが発生する。そして、この燃焼ガスがタービン１に供給されることによりタービン１が高速で回転する。
回転軸６の端部には発電機５が接続されており、回転軸６を介してタービン１により発電機５が高速で回転駆動されることで発電が行われる。
【００１７】
このガスタービン装置には、各種のセンサを備えており、これらの信号に基づいて制御装置１３が燃料調節弁１４の弁開度の制御等を行う。回転センサ１２は、回転軸６の回転速度を検出し、定速運転時にはこの回転速度が一定となるように燃料調節弁の弁開度がフィードバック制御される。また、ガスタービンの燃焼ガスの排出部にはＥＧＴ（Exhaust Gas Temperature）センサ１６を備え、タービンより排出される燃焼排ガスの温度を計測する。そして、この温度が許容可能な目標温度を超えて上昇しないように燃料調節弁１４の制御がおこなわれる。
【００１８】
図２乃至図４は、エンジン燃焼排ガス温度（EGT）と発電機出力との制御例を示す。各図中においてエンジン燃焼排ガス温度（EGT）は実線で示し、発電機出力は点線で示す。また、これらの制御は、例えばガスタービン装置を起動後、ガスタービンの回転速度を所定の運転速度に調整した後に、発電機出力を０から例えば定格出力まで上げていく時に適用される。上述したように発電機出力はガスタービンエンジンの燃焼負荷に比例し、発電機出力が増大するとエンジン燃焼排ガス温度も上昇する。
【００１９】
図２は、比較例として排ガス温度の目標値（TARGET）の上下に設定値（UPPER BAND，LOWER BAND）を備えたものである。この制御装置１３においては、エンジン排ガス温度が上昇して上側設定値（UPPER BAND）に到達すると、発電機出力は所定速度で低減する。そして、排ガス温度が低下して下側設定値（LOWER BAND）に到達すると、発電機出力は所定速度で増加するように設定されている。この例においては、発電機出力を０から例えば定格出力まで上昇させる。この時、排ガス温度（EGT）も略直線状に上昇し、排ガス温度が目標温度（TARGET）を越え、目標温度よりも高い上限設定値（UPPER BAND）に到達すると、制御装置１３がこれを検知して発電機出力を所定速度で低減する。従って、時刻ｔ_１以降は発電機出力は低下する。これに伴い排ガス温度も低下していき、目標値（TARGET）を越え、更に下限設定値（LOWER BAND）に到達すると、発電機出力は再び所定の速度で増加する（時刻ｔ_２）。そして、再び排ガス温度が上限設定値を超えると、その時点で発電機出力は再び所定速度で低減する（時刻ｔ_３）。同様のことが時刻ｔ_４においても繰り返される。
【００２０】
このような排ガス温度と発電機出力の制御においては、燃焼排ガス温度（EGT）を目標値（TARGET）の近傍に保つことが可能である。しかしながら、上限設定値及び下限設定値における発電機出力の低減及び増加速度の設定が問題である。発電機出力の低減及び増加速度を高くすると、発電機出力が上限設定値を超えると、発電機出力は直ちに低減し、これにより排ガス温度も直ちに下降する。従って、エンジン燃焼排ガス温度が上限設定値を超えて大幅に上昇するという、いわゆるオーバシュートの問題が防止されるが、燃焼排ガス温度及び発電機出力がハンチングすることとなり、動作が不安定となる問題がある。
【００２１】
一方で、上限設定値及び下限設定値における発電機出力の低減速度及び増加速度を小さく設定すると、発電機出力を０から定格出力近辺まで上昇するに際して、上限設定値を越えても、発電機出力の低減速度が小さいので、熱的な慣性により燃焼排ガス温度は更に緩やかに上昇し続ける。また、燃焼排ガス温度がオーバシュートした後に下降するが、発電機出力の低減速度が緩やかであるので、燃焼排ガス温度の下降速度も緩やかとなる。そして、目標温度以下の下限設定値に到達すると、発電機出力は再び所定速度で増加する。従って、発電機出力の低減及び増加速度を小さくすると、オーバシュートが大きくなり、収束に要する時間が長くなるという問題がある。
【００２２】
図３は、他の比較例を示す。これは図２の上限設定値及び下限設定値をそれぞれ外側設定値（OUTER BAND）と内側設定値（INNER BAND）とに分けて、燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い内側設定値を超えた場合に発電機出力を低い速度で低減し、更に燃焼排ガス温度が内側設定値よりも更に高い外側設定値を超えた場合に、発電機出力を高い速度で低減するようにしたものである。同様に、燃焼排ガス温度が目標温度よりも低い内側設定値を超えた場合に発電機出力を低い速度で増加させ、更に低い外側設定値を超えた場合に発電機出力を高い速度で増加させるようにしたものである。
【００２３】
このように上限値及び下限値を内側設定値と外側設定値との２段階とすることにより、図３に示す発電機出力の高い速度と低い速度との両者を兼ね備えた制御が可能となる。即ち、外側設定値では発電機出力が高い速度で低減または上昇するので、燃焼排ガス温度がこの設定値を超えた場合には、直ちに発電機出力が急速に減少または増加する。このため、上限値の外側設定値を大幅に超えたオーバシュートという問題がなくなり、また内側設定値を超えると発電機出力の低減または増加が低い速度で行われるので、これにより動作の安定性が高くなる。しかしながら、このような上限値及び下限値を２段階で設定するとしても、排ガス温度及び発電機出力が、図３に示すように振動するという問題は避けることができない。
【００２４】
図４は、本発明の実施形態の制御を示す。この実施形態においては、燃焼排ガス温度が目標温度（TARGET）よりも高い内側設定値（INNER BAND）を越えた場合に発電機出力を低い速度で低減し、それよりも高い外側設定値（OUTER BAND）を越えた場合に、発電機出力を高い速度で低減し、燃焼排ガス温度が低下していき目標温度よりも低い内側設定値を下回った場合に発電機出力を低い速度で増加するようにしたものである。従って、図３に示す制御方法と比較して、発電機出力が高い速度で増加する下限値の下側設定値を備えていない。
【００２５】
ここで、目標温度と上限値側の内側設定値及び下限値側の内側設定値との間の温度差は略等しいことが好ましい。また、燃焼排ガス温度が上限値の内側設定値を超えたときに発電機出力を低減する速度を目標温度よりも低い下限値の内側設定値を下回った場合に発電機出力を増加する速度と略等しくすることが好ましい。これにより、燃焼排ガス温度を目標温度を中心とした比較的狭い両内側設定値間に収束させることができる。
【００２６】
次に、この制御装置の動作について説明する。発電機出力を例えば０から定格出力近辺まで上げていくとする。発電機出力の上昇に伴い、燃焼排ガス温度も上昇する。燃焼排ガス温度が上限値の内側設定値を超えると、発電機出力は低い速度で低減する（時刻ｔ_１）。更に熱的な慣性により燃焼排ガス温度が上昇し、上限値の外側設定値に到達すると（時刻ｔ_２）、発電機出力は高い速度で低減する。これにより燃焼排ガス温度のオーバシュートが抑えられ、燃焼排ガス温度は急速に下降に向かう。そして、燃焼排ガス温度が下限値の内側設定値を下回ると、発電機出力は低い速度で増加する。そして、図示はしないが目標温度を中心として、上限値の内側設定値と下限値の内側設定値との間で緩やかに収束する。
【００２７】
従って、この制御装置によれば、燃焼排ガス温度が上限値の外側設定値に到達すると、発電機出力が高い速度で低減するので、燃焼排ガス温度のオーバシュートという問題が防止される。そして、下限値に高い速度で発電機出力を上昇させる外側設定値を備えないので、下限値側からは緩やかに目標温度に向けて燃焼排ガス温度が上昇するように発電機出力が上昇していく。これにより動作の安定性が高められ、且つ燃焼排ガス温度及び発電機出力の振動という問題が防止される。
【００２８】
このような制御装置を備えたガスタービン装置によれば、燃焼排ガス温度をオーバシュートを起こすことなく上限値の外側設定値近辺に抑えることができるので、燃焼排ガス温度目標値を燃焼排ガストリップ温度の近くに設定することができる。この燃焼排ガストリップ温度とは、この温度に燃焼排ガス温度が到達すると、発電機出力がトリップし、その出力を停止する安全のための設定温度である。このように、燃焼排ガス温度をその装置の有する許容最大温度まで目標温度として設定することができるので、その装置の有する最大発電出力を取り出すことが可能となる。また、燃焼排ガス温度のオーバシュートという問題がないので、発電機出力の上昇速度を高く取ることが可能となる。従って、ガスタービン発電装置の起動を短時間で行うことが可能となる。
【００２９】
なお、本発明のガスタービン装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガスタービン装置の有する最大出力を取り出すように燃焼排ガス温度を安定に制御することが可能となる。これにより、燃焼排ガス温度のハンチングが防止され、且つ目標温度への高い収束性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】比較例として、燃焼排ガス温度と発電機出力の関係を示す図であり、図中実線は燃焼排ガス温度を示し、点線は発電機出力を示す。
【図３】更に他の比較例として、燃焼排ガス温度と発電機出力の関係を示す図であり、図中実線は燃焼排ガス温度を示し、点線は発電機出力を示す。
【図４】本発明の実施形態のガスタービン装置の動作を示す図であり、燃焼排ガス温度と発電機出力の関係を示す。尚、図中実線は燃焼排ガス温度を示し、点線は発電機出力を示す。
【符号の説明】
１タービン
２燃焼器
３空気圧縮機
４再生熱交換器
５発電機
６回転軸
７配管
１２回転センサ
１３制御装置
１４燃料調節弁
１６ＥＧＴセンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine device, and more particularly to a control method for controlling a fuel control valve of a gas turbine engine.
[0002]
[Prior art]
The gas turbine power generator basically includes a generator that generates electric power and a gas turbine engine that drives the generator. A gas turbine engine includes a turbine rotatably mounted via a rotating shaft, a combustor for generating combustion gas, a fuel control valve for adjusting a fuel supply amount to the combustor, and air for compressing air. And a compressor.
[0003]
In the above configuration, the fuel adjusted by the fuel control valve and the air compressed by the air compressor are supplied to the combustor, and a mixture of compressed air and fuel is formed in the combustor. The air-fuel mixture is combusted in the combustor to generate combustion gas, and the combustion gas is supplied to the turbine so that the turbine rotates at high speed. A generator is attached to one end of the rotating shaft, and power is generated by driving the generator with a turbine via the rotating shaft.
[0004]
In such a gas turbine power generator, various operation controls such as start-up control and constant speed operation control are performed by controlling the valve opening of the fuel control valve. For example, the engine combustion exhaust gas temperature is detected, and the generated power is adjusted so that it does not exceed a certain value. That is, the increase in the power generation output is related to the increase in the combustion amount in the gas turbine engine, and the maximum power generation output is determined by the allowable combustion exhaust gas temperature in the gas turbine engine.
[0005]
The control for maintaining the engine combustion exhaust gas temperature at an allowable constant target temperature sets an upper limit value and a lower limit value of a predetermined width with respect to the target value. When the exhaust gas temperature reaches the upper limit value, control is performed to decrease the generator output. When the exhaust gas temperature decreases and reaches the lower limit value, control is performed to increase the generator output. However, the speed of increase or decrease of the generator output is a problem, and if this speed is increased, hunting occurs and the operation of the engine control system becomes unstable. Further, if the speed of increase or decrease of the generator output is reduced, it takes time to reach a required value, and there is a problem that overshoot becomes large.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gas turbine device that does not cause the problem of engine combustion exhaust gas temperature overshoot and that can perform stable operation. It is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a gas turbine apparatus according to the present invention includes a gas turbine engine that rotates and drives a gas turbine by mixing air and fuel, and a generator directly connected to the gas turbine. A sensor for measuring the combustion exhaust gas temperature of the engine, and the generator when the combustion exhaust gas temperature measured by the sensor exceeds a first set value higher than a target temperature. Means for reducing the output at a low speed, means for reducing the output of the generator at a high speed when a second set value higher than the first set value is exceeded, and the combustion exhaust gas temperature is a target temperature. And a means for increasing the output of the generator at a low speed when it falls below a lower third set value.
[0008]
The gas turbine apparatus control method according to the present invention includes a gas turbine engine that rotationally drives a gas turbine by mixing air and fuel and burning, and a generator directly connected to the gas turbine. In the turbine device, the combustion exhaust gas temperature of the engine is measured, and when the combustion exhaust gas temperature exceeds a first set value higher than the target temperature, the output of the generator is reduced at a low speed, and the combustion exhaust gas temperature is reduced. When the second set value higher than the first set value is further increased, the output of the generator is reduced at a high speed, and the combustion exhaust gas temperature is lowered and lower than the target temperature. When the value falls below a set value of 3, the output of the generator is increased at a low speed.
[0009]
According to the present invention configured as described above, when the flue gas temperature exceeds the first set value higher than the target temperature, the generator output is reduced at a low speed, and further higher than the first set value. When the second set value is exceeded, the output of the generator is reduced at a high speed. Therefore, when the combustion flue gas temperature of the engine exceeds the higher second set value, the combustion load is immediately reduced, so that the flue gas temperature is rapidly reduced. This prevents the problem of overshoot where the combustion exhaust gas temperature significantly exceeds the target temperature.
[0010]
Further, even if the generator output is reduced at a high speed, the generator output is increased at a low speed if it falls below the third set value below the target temperature. Therefore, when the generator output is decreased at a high speed, the generator output is not increased again at a high speed in a region lower than the target temperature. For this reason, when the generator output falls below the target temperature, the generator output is controlled so as to increase gradually. As a result, the combustion exhaust gas temperature of the engine also rises gradually, and the combustion exhaust gas temperature is sandwiched between the target temperatures. Thus, it converges between the first set value and the third set value.
[0011]
Therefore, the problem of overshooting of the combustion exhaust gas temperature does not occur, and the combustion exhaust gas temperature can be stably controlled to a predetermined maximum allowable value. As a result, the combustion exhaust gas temperature can be used at the full allowable upper limit value, so that the maximum power generation output of the gas turbine engine can be extracted.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a gas turbine apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the gas turbine apparatus of the present embodiment.
[0013]
As shown in FIG. 1, a gas turbine apparatus according to the present embodiment includes a turbine 1, a generator 5 that is rotated and driven by the turbine 1, a combustor 2 that supplies combustion gas to the turbine 1, and a combustor 2. The fuel adjustment valve 14 for adjusting the amount of fuel supplied to the fuel, the air compressor 3 for supplying compressed air to the combustor 2, and the heat of the combustion gas after being supplied to the turbine 1 are used to add compressed air. A regenerative heat exchanger 4 for heating and a control device 13 for controlling the turbine 1 are provided.
[0014]
The turbine 1 has a plurality of rotating blades (not shown) for receiving fluid and rotating, is housed in a casing (not shown), and is rotatably supported via a rotating shaft 6. The air compressor 3 is configured to be driven by the turbine 1 via the rotating shaft 6 to compress air. The air compressor 3 is connected to the combustor 2 through a pipe 7, and the air compressed by the air compressor 3 is supplied to the combustor 2 through the pipe 7. A regenerative heat exchanger 4 is installed in the middle of the pipe 7 so that the compressed air exiting the air compressor is heated by the regenerative heat exchanger 4 and then supplied to the combustor 2. It has become.
[0015]
The fuel control valve 14 is disposed upstream of the combustor 2, and fuel supplied from a fuel supply source (not shown) passes through the fuel control valve 14 and is then supplied to the combustor 2. The fuel adjustment valve 14 is configured such that the opening degree of the valve is variable, and the amount of fuel supplied to the combustor 2 is adjusted by operating the opening degree of the valve.
[0016]
The fuel and compressed air supplied to the combustor 2 form an air-fuel mixture in the combustor 2. The air-fuel mixture is ignited by an unillustrated ignition plug in the combustor 2 to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustion gas is supplied to the turbine 1 to rotate the turbine 1 at a high speed.
A generator 5 is connected to the end of the rotating shaft 6, and power is generated by the generator 5 being driven to rotate at high speed by the turbine 1 via the rotating shaft 6.
[0017]
The gas turbine device includes various sensors, and the control device 13 controls the valve opening degree of the fuel control valve 14 based on these signals. The rotation sensor 12 detects the rotation speed of the rotating shaft 6 and the valve opening of the fuel control valve is feedback-controlled so that the rotation speed becomes constant during constant speed operation. In addition, an exhaust gas temperature (EGT) sensor 16 is provided in the exhaust portion of the combustion gas of the gas turbine, and the temperature of the combustion exhaust gas discharged from the turbine is measured. Then, the fuel control valve 14 is controlled so that the temperature does not rise beyond an allowable target temperature.
[0018]
2 to 4 show control examples of engine combustion exhaust gas temperature (EGT) and generator output. In each figure, the engine combustion exhaust gas temperature (EGT) is indicated by a solid line, and the generator output is indicated by a dotted line. These controls are applied, for example, when the generator output is increased from 0 to, for example, the rated output after starting the gas turbine device and adjusting the rotational speed of the gas turbine to a predetermined operating speed. As described above, the generator output is proportional to the combustion load of the gas turbine engine, and the engine combustion exhaust gas temperature increases as the generator output increases.
[0019]
FIG. 2 shows a set value (UPPER BAND, LOWER BAND) above and below the target value (TARGET) of the exhaust gas temperature as a comparative example. In this control device 13, when the engine exhaust gas temperature rises and reaches the upper set value (UPPER BAND), the generator output decreases at a predetermined speed. When the exhaust gas temperature decreases and reaches the lower set value (LOWER BAND), the generator output is set to increase at a predetermined speed. In this example, the generator output is increased from 0 to a rated output, for example. At this time, the exhaust gas temperature (EGT) also rises substantially linearly, and when the exhaust gas temperature exceeds the target temperature (TARGET) and reaches an upper limit set value (UPPER BAND) higher than the target temperature, the control device 13 detects this. The generator output is reduced at a predetermined speed. Therefore, the time t ₁ after the generator output is reduced. Along with this, the exhaust gas temperature also decreases, exceeds the target value (TARGET), and further reaches the lower limit set value (LOWER BAND), the generator output increases again at a predetermined speed (time t ₂ ). When the exhaust gas temperature again exceeds the upper limit set value, the generator output is reduced again at a predetermined speed at that time (time t ₃ ). The same is also repeated at time t _4.
[0020]
In such control of the exhaust gas temperature and the generator output, it is possible to keep the combustion exhaust gas temperature (EGT) close to the target value (TARGET). However, the reduction of the generator output and the setting of the increase speed at the upper limit set value and the lower limit set value are problematic. When the reduction and increase speed of the generator output is increased, when the generator output exceeds the upper limit set value, the generator output is immediately reduced, and the exhaust gas temperature is also immediately lowered. Therefore, the problem of so-called overshoot, in which the engine combustion exhaust gas temperature rises significantly above the upper limit setting value, is prevented, but the combustion exhaust gas temperature and generator output hunting, resulting in unstable operation. There is.
[0021]
On the other hand, if the generator output reduction rate and increase rate at the upper limit set value and the lower limit set value are set small, the generator output will be increased even if the upper limit set value is exceeded when the generator output is increased from 0 to around the rated output. Therefore, the combustion exhaust gas temperature continues to rise more gradually due to thermal inertia. Further, although the combustion exhaust gas temperature falls after overshooting, the rate of decrease in the combustion exhaust gas temperature becomes slow because the reduction rate of the generator output is slow. Then, when the lower limit set value below the target temperature is reached, the generator output again increases at a predetermined speed. Accordingly, when the generator output is reduced and the increase rate is reduced, there is a problem that overshoot becomes large and the time required for convergence becomes long.
[0022]
FIG. 3 shows another comparative example. This is when the upper limit set value and lower limit set value in Fig. 2 are divided into the outer set value (OUTER BAND) and the inner set value (INNER BAND), respectively, and the flue gas temperature exceeds the inner set value higher than the target temperature. The generator output is reduced at a low speed, and the generator output is reduced at a high speed when the combustion exhaust gas temperature exceeds an outer set value that is higher than the inner set value. Similarly, when the flue gas temperature exceeds an inner set value lower than the target temperature, the generator output is increased at a low speed, and when the exhaust gas temperature exceeds a lower outer set value, the generator output is increased at a higher speed. It is a thing.
[0023]
As described above, by setting the upper limit value and the lower limit value in two stages, that is, the inner set value and the outer set value, it is possible to perform control having both the high speed and the low speed of the generator output shown in FIG. That is, since the generator output decreases or increases at a high speed at the outer set value, when the combustion exhaust gas temperature exceeds this set value, the generator output immediately decreases or increases rapidly. This eliminates the problem of overshoot that greatly exceeds the outer set value of the upper limit, and when the inner set value is exceeded, the generator output is reduced or increased at a low speed. Get higher. However, even if such upper limit value and lower limit value are set in two stages, the problem that the exhaust gas temperature and the generator output vibrate as shown in FIG. 3 cannot be avoided.
[0024]
FIG. 4 shows the control of the embodiment of the present invention. In this embodiment, when the flue gas temperature exceeds the inner set value (INNER BAND) higher than the target temperature (TARGET), the generator output is reduced at a lower speed, and the higher outer set value (OUTER BAND). ), The generator output is reduced at a high speed, and the generator output is increased at a low speed when the flue gas temperature decreases and falls below the inner set value lower than the target temperature. Is. Therefore, as compared with the control method shown in FIG. 3, the lower set value of the lower limit value at which the generator output increases at a high speed is not provided.
[0025]
Here, the temperature difference between the target temperature and the inner set value on the upper limit side and the inner set value on the lower limit side is preferably substantially equal. Also, it is abbreviated as the speed at which the generator output is increased when the exhaust gas temperature falls below the inner set value of the lower limit lower than the target temperature when the exhaust gas temperature exceeds the upper set value. Preferably equal. Thereby, combustion exhaust gas temperature can be converged between the comparatively narrow both inner side set values centering on target temperature.
[0026]
Next, the operation of this control device will be described. Assume that the generator output is increased from, for example, 0 to around the rated output. As the generator output increases, the combustion exhaust gas temperature also increases. When the combustion exhaust gas temperature exceeds the set value inside the upper limit value, the generator output decreases at a low speed (time t ₁ ). Further, when the combustion exhaust gas temperature rises due to thermal inertia and reaches the set value outside the upper limit (time t ₂ ), the generator output decreases at a high speed. Thereby, the overshoot of the combustion exhaust gas temperature is suppressed, and the combustion exhaust gas temperature rapidly decreases. When the combustion exhaust gas temperature falls below the lower limit inner set value, the generator output increases at a low speed. Although not shown in the figure, the target temperature gradually converges between the inner set value of the upper limit value and the inner set value of the lower limit value.
[0027]
Therefore, according to this control device, when the combustion exhaust gas temperature reaches the set value outside the upper limit value, the generator output is reduced at a high speed, so that the problem of overshooting of the combustion exhaust gas temperature is prevented. Since the lower limit value is not provided with an outer set value that increases the generator output at a high speed, the generator output increases so that the combustion exhaust gas temperature gradually increases toward the target temperature from the lower limit value side. . As a result, the stability of the operation is enhanced, and the problem of combustion exhaust gas temperature and generator output vibration is prevented.
[0028]
According to the gas turbine apparatus equipped with such a control device, the combustion exhaust gas temperature can be suppressed to the vicinity of the upper set value outside the upper limit without causing overshoot. Can be set nearby. The combustion exhaust gas trip temperature is a set temperature for safety in which the generator output trips and stops when the combustion exhaust gas temperature reaches this temperature. In this way, the combustion exhaust gas temperature can be set as the target temperature up to the maximum allowable temperature of the device, so that the maximum power generation output of the device can be taken out. Further, since there is no problem of combustion exhaust gas temperature overshoot, it is possible to increase the rate of increase in the generator output. Therefore, it becomes possible to start the gas turbine power generator in a short time.
[0029]
In addition, the gas turbine apparatus of this invention is not limited only to the above-mentioned illustration example, Of course, it can add various changes within the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to stably control the combustion exhaust gas temperature so as to extract the maximum output of the gas turbine device. Thereby, hunting of the combustion exhaust gas temperature is prevented and high convergence to the target temperature is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a gas turbine apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between combustion exhaust gas temperature and generator output as a comparative example, in which the solid line shows the combustion exhaust gas temperature and the dotted line shows the generator output.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the combustion exhaust gas temperature and the generator output as still another comparative example, in which the solid line shows the combustion exhaust gas temperature and the dotted line shows the generator output.
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the gas turbine apparatus according to the embodiment of the present invention, showing the relationship between the combustion exhaust gas temperature and the generator output. In the figure, the solid line indicates the combustion exhaust gas temperature, and the dotted line indicates the generator output.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 2 Combustor 3 Air compressor 4 Regenerative heat exchanger 5 Generator 6 Rotating shaft 7 Piping 12 Rotation sensor 13 Controller 14 Fuel control valve 16 EGT sensor

Claims

空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジンと、前記ガスタービンに直結した発電機とを備えたガスタービン装置において、
前記エンジンの燃焼排ガス温度を計測するセンサと、前記センサで計測された燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第１の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低い速度で低減する手段と、前記第１の設定値よりも高い第２の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を高い速度で低減する手段と、前記燃焼排ガス温度が目標温度よりも低い第３の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を低い速度で増加する手段とを備えたことを特徴とするガスタービン装置。In a gas turbine apparatus comprising a gas turbine engine that rotates and drives a gas turbine by mixing air and fuel, and a generator directly connected to the gas turbine,
A sensor for measuring the combustion exhaust gas temperature of the engine; and means for reducing the output of the generator at a low speed when the combustion exhaust gas temperature measured by the sensor exceeds a first set value higher than a target temperature; Means for reducing the output of the generator at a high speed when a second set value higher than the first set value is exceeded, and a third set value in which the combustion exhaust gas temperature is lower than a target temperature. And a means for increasing the output of the generator at a low speed when it falls below.

前記第１の設定値と目標温度との温度差は、前記目標温度と第３の設定値との温度差と略等しいことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン装置。2. The gas turbine device according to claim 1, wherein a temperature difference between the first set value and a target temperature is substantially equal to a temperature difference between the target temperature and a third set value.

前記燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第１の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低減する速度は、前記燃焼排ガス温度が目標温度よりも低い第３の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を増加する速度と略等しいことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン装置。When the flue gas temperature exceeds a first set value that is higher than the target temperature, the speed at which the output of the generator is reduced is lower than the third set value that is lower than the target temperature. The gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the speed is substantially equal to a speed at which the output of the generator is increased.

空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジンと、前記ガスタービンに直結した発電機とを備えたガスタービン装置において、
前記エンジンの燃焼排ガス温度を計測し、燃焼排ガス温度が目標温度よりも高い第１の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を低い速度で低減し、前記燃焼排ガス温度がさらに上昇して、前記第１の設定値よりも高い第２の設定値を超えた場合に前記発電機の出力を高い速度で低減し、前記燃焼排ガス温度が下降して目標温度よりも低い第３の設定値を下回った場合に前記発電機の出力を低い速度で増加することを特徴とするガスタービン装置の制御方法。In a gas turbine apparatus comprising a gas turbine engine that rotates and drives a gas turbine by mixing air and fuel, and a generator directly connected to the gas turbine,
When the combustion exhaust gas temperature of the engine is measured and the combustion exhaust gas temperature exceeds a first set value higher than the target temperature, the output of the generator is reduced at a low speed, and the combustion exhaust gas temperature further increases. When the second set value higher than the first set value is exceeded, the output of the generator is reduced at a high speed, and the combustion exhaust gas temperature is lowered and the third set value is lower than the target temperature. A control method for a gas turbine device, characterized in that the output of the generator is increased at a low speed when the value is lower than.