JP7269204B2 - ガスタービン及びその燃料流量調整方法 - Google Patents

Description

本発明はガスタービン及びその燃料流量調整方法に係り、特に、燃料供給設備からガスタービン燃焼器に供給される燃料ガスの組成や燃料温度等の変動に対応して燃料ガス流量を調整するものに好適なガスタービン及びその燃料流量調整方法に関する。

ガスタービンにおける燃料ガス流量の調整に関する先行技術文献としては、特許文献１を挙げることができる。

この特許文献１には、燃料供給圧力に応じた運転継続を可能にしてトリップ回数を低減し、運用性の向上に有効な運転制御が可能なガスタービンを得るために、燃焼器にガス燃料を供給するガス燃料供給系に配置された流量調節弁の開度指令を算出して出力する制御システム部が、燃料タンクから所定の燃料供給圧力にて供給されてくるガス燃料を圧力調節弁で燃料供給圧力設定値に調整した後、流量調節弁で所望の燃料ガス流量に調整して燃焼器へ供給する運転制御を行うガスタービンであって、前記制御システム部が、予め設定した運転マップにより燃料供給圧力に応じたガスタービン出力設定値を定めるガスタービン出力指令演算部を備え、前記ガスタービン出力設定値を含む複数のガスタービン出力指令値から最小値を選択して開度指令を算出するガスタービンが記載されている。

特開２０１１－２５６７８８号公報

ところで、燃料供給設備からガスタービン燃焼器に燃料ガスを供給するガス供給系統においては、ガスタービン運転中に他設備にて燃料ガスを使用するために、燃料ガスの供給系統上流側で燃料ガスの抜出や返送が行われることがある。

この燃料ガスの供給系統上流側で燃料ガスの抜出や返送が行われる場合には、供給される燃料ガスの流量に応じてガスタービンの負荷指令を適切に行う必要がある。

即ち、抜出や返送される燃料ガスの組成や燃料温度が、燃料供給設備から供給される燃料ガスの組成や燃料温度に対し変化し、ガスタービンに供給される（返送される燃料ガス合流後の）燃料ガスの組成や燃料温度に変化がある場合や、燃料供給設備から供給される燃料ガスの組成や燃料温度が何らかの原因で時間的に変化する場合には、ガスタービンに供給される燃料ガスの発熱量、密度が変化する。

この時、ガスタービンにおける、あるガスタービン負荷指令に対する燃料ガスの体積消費量が変化するため、ガスタービンに供給される燃料ガスの体積流量に応じた負荷指令値が与えられない場合は、燃料ガス供給系統配管内の燃料ガスの不足や滞留が生じ、燃料ガス供給系統に設置されている圧力調節弁の上流側で圧力低下や圧力過大が発生する恐れがあり、これにより、ガスタービンのプラントが停止（トリップ）してしまう可能性がある。

しかしながら、上述した特許文献１に記載されたガスタービンでは、上記したような課題に対しては、考慮されていない。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、燃料ガス供給系統の上流側で生じる圧力低下や圧力過大により運転継続できなくなる状況を回避し、安定して運転ができるガスタービン及びその燃料流量調整方法を提供することにある。

本発明のガスタービンは、上記目的を達成するために、燃料供給設備からガスタービン燃焼器へ燃料配管を介して燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統と、前記燃料配管の途中に設置され、前記燃料ガスの圧力制御を行う圧力調節弁と、該圧力調節弁の下流側の前記燃料配管に設置され、前記燃料ガスの流量を制御する流量調節弁と、前記燃料ガス供給系統における前記燃料ガスの流量が変化し、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、ガスタービンの負荷の要求値に基づいて決定される前記燃料ガスの流量指令値を調整する制御装置と、を備え、
前記燃料ガス供給系統の上流側には、他設備への燃料ガス抜出系統及び前記他設備からの燃料ガス返送系統が接続されており、前記燃料ガス供給系統の上流側で、前記他設備への燃料ガス抜出系統及び他設備からの燃料ガス返送系統を介して前記燃料ガスの抜出や返送が行われることを特徴とする。

また、本発明のガスタービンの燃料流量調整方法は、上記目的を達成するために、燃料供給設備からガスタービン燃焼器へ燃料配管を介して燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統と、前記燃料配管の途中に設置され、前記燃料ガスの圧力制御を行う圧力調節弁と、該圧力調節弁の下流側の前記燃料配管に設置され、前記燃料ガスの流量を制御する流量調節弁とを備えたガスタービンへ供給する前記燃料ガスの流量を調整する際に、
前記燃料ガス供給系統における前記燃料ガスの流量が変化し、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、前記ガスタービンの負荷の要求値に基づいて決定される前記燃料ガスの流量指令値を調整するものであり、
前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合とは、前記圧力調節弁の下流側の圧力（Ｐ２圧）が目標値となるように前記圧力調節弁の開度を自動的に制御し、前記Ｐ２圧が一定値に制御された状態において、前記燃料ガス供給系統に供給される前記燃料ガスの少なくとも流量及び／又は発熱量が変化することであることを特徴とする。

本発明によれば、燃料ガス供給系統の上流側で生じる圧力低下や圧力過大により運転継続できなくなる状況を回避し、安定して運転ができる。

本発明のガスタービンの実施例１に、燃料供給設備から燃料ガスを供給するガスタービンの燃料ガス供給系統の一例を示す図である。 図１に示したガスタービンの燃料ガス供給系統における制御系統の詳細を示す図である。 図１に示したガスタービンの燃料ガス供給系統の燃料配管から燃料ガス組成、燃料ガス温度、燃料ガス流量、燃料ガス密度、燃料ガス発熱量等を計測した例を示す図である。 図１に示したガスタービンの燃料ガス供給系統の他設備へ燃料ガスを抜出す前の燃料配管内における燃料ガス流量、燃料ガス温度及び燃料ガスの組成、他設備への燃料ガスの抜出系統における燃料ガス流量、他設備からの燃料ガスの返送系統における燃料ガスの組成、燃料ガス温度及び燃料ガス流量等を計測した例を示す図である。 本発明のガスタービンの実施例４におけるマップの一例を示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明のガスタービン及びその燃料流量調整方法を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１、図２、図３及び図４に、本発明のガスタービン１の実施例１を示す。

図１は、本発明のガスタービン１の実施例１に、燃料供給設備２から燃料ガスを供給するガスタービン１の燃料ガス供給系統７の一例を示し、図２、図３及び図４は、その燃料ガス供給系統７における制御系統の詳細を示す。

該図に示すように、本実施例のガスタービン１は、圧縮機Ｃ、燃焼器Ｆ及びタービンＴにより構成され、燃料タンク等の燃料供給設備２から天然ガス（ＬＮＧ）等の燃料ガスをガスタービンに供給するため、燃料配管８に圧力調節弁３及び流量調節弁４が設置されている。

圧力調節弁３は、燃料供給設備２から一定の燃料供給圧力で供給されてくる燃料ガスを所望の圧力に調圧するための制御弁である。この圧力調節弁３は、下流側で検出される調圧後の出口圧力が所望の圧力に維持されるように、常に開度調整を行っている。

流量調節弁４は、所望の圧力で供給されてくる燃料ガスの流量を所望の値に調整する制御弁である。

このような構成において、ガスタービン１へ供給される燃料ガスは、燃料供給設備２から圧力調節弁３、流量調節弁４を経てガスタービン１に供給されるが、この時、燃料供給設備２から供給された燃料ガスが圧力調節弁３で圧力が調整され、一定圧力に調整された後、圧力調節弁３の下流側で流量調節弁４によってガスタービン１に流入する燃料ガスの流量が制御される。

なお、本実施例では、圧力調節弁３の上流側の圧力をＰ１圧、圧力調節弁３の下流側の圧力をＰ２圧、流量調節弁４の下流側の圧力をＰ３圧と定義する。

また、ガスタービン１の一構成例においては、１台のガスタービン１が複数の燃焼器Ｆを備えており、各燃焼器Ｆに対して、複数のメイン燃料ノズルと１または複数のパイロット燃料ノズルとが設けられている。

図２に示すように、ガスタービン１は、圧縮機Ｃと、燃焼器Ｆと、タービンＴとを主な構成要素とする装置であり、圧縮機Ｃで空気を取り込んで圧縮し、高圧の圧縮空気を吐出する。圧縮機Ｃから吐出された圧縮空気は、燃焼用空気として燃焼器Ｆに取り入れられ、燃焼器Ｆに供給されたガスタービン燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスはタービンＴに取り入れられ、動翼及び静翼間を燃焼ガスが流れることによりタービンＴを駆動して出力を得る。

ガスタービン１の出力軸は、例えば、図示しない発電機と連結されることにより、発電機を駆動して発電する。また、例えば、機械駆動用としてＬＮＧプラントの圧縮機と連結され、該圧縮機を駆動する。

また、本実施例のガスタービン１においては、図１に示すように、燃料供給設備２からガスタービン１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統７の上流側に、他設備５への燃料ガス抜出系統５ａ及び他設備５からの燃料ガス返送系統５ｂが接続されており、ガスタービン１の運転中に他設備５で燃料ガスを使用するために、燃料ガスの燃料ガス供給系統７の上流側で、他設備５への燃料ガス抜出系統５ａ及び他設備５からの燃料ガス返送系統５ｂを介して燃料ガスの抜出や返送が行われている。

なお、他設備５として、例えば、燃料ガスの改質器等が考えられ、以下のような使い方が考えられる。

即ち、（ａ）：プラント内にて別用途で使用するため燃料ガスを改質しプラント内へ供給し、必要に応じ余ったガスをガスタービン１へ返送することが考えられる。また、（ｂ）：例えば、ガスタービン１へ供給する燃料ガスを燃料に適した組成へ改質することが考えられる。具体的には、燃料に含まれる不活性成分等を取り除き発熱量を調整するなどして、燃料ガスを、ガスタービン１の設計範囲内の組成に改質することで、幅広い組成の燃料ガスを用いることができるようにすることができる。また、（ｃ）：温室効果ガスの低減を目的とし、燃焼中の炭素分を取り除くこともできる。

ガスタービン１に供給される燃料ガス流量の制御方法としては、例えば、求めるガスタービン１の負荷を満足するように制御する方法がある。具体的には、ガスタービン１の負荷の要求値に基づいて燃料ガス流量の指令値が決定され、その指令値を基に流量調節弁４の開度が定まり、規定の燃料ガス流量が流れる。

このとき、発生したガスタービン１の出力が当初のガスタービン１の負荷要求と一致しない場合は、フィードバック制御により燃料ガス流量の指令値が調整され、最終的に求めるガスタービン１の負荷が達成される。

図１に示す本実施例において、他設備５への燃料ガス抜出系統５ａの燃料ガスの抜出量や他設備５からの燃料ガス返送系統５ｂのガス返送流量と燃料ガスの組成及び燃料ガス温度は、他設備５の運転の都合により決定されてよい。また、燃料供給設備２からの燃料供給量、燃料ガスの組成及び燃料ガス温度も変化してよい。

他設備５への燃料ガス抜出系統５ａの燃料抜出量や他設備５からの燃料ガス返送系統５ｂのガス返送流量、又は燃料供給設備２からの燃料ガスの供給量が変動する系統においては、ガスタービン１で消費される燃料ガス流量と、ガスタービン１に供給される燃料ガス流量（例えば、他設備５からの燃料ガス返送系統５ｂと主流の合流部下流（図１のＡ部）の流量）がバランスしない場合、Ａ部周辺の燃料ガス供給系統７の燃料配管８内の燃料ガスの不足によるＡ部の圧力低下、又は燃料ガス流量の過大によるＡ部の圧力増加を招き、最終的にガスタービン１の継続運転が困難な状況になる可能性がある。

具体的に述べると、燃料ガスの供給圧（Ｐ２圧、更に、その上流のＰ１圧）は、燃料ガスを燃焼器Ｆの燃料ノズルを経て、供給先であるガスタービン１内の燃焼室内へ供給するために、ガスタービン１の内圧に、燃料ノズルでの圧力損失、燃料ガス供給系統７内の圧力損失を考慮した値に設定される必要がある。

このため、例えば、仮に図１に示すＡ部の燃料ガスが不足しＰ１圧が下がり、更に、圧力調節弁３の下流のＰ２圧も規定値に保てなくなると、流量調節弁４の開度を全開にしても必要流量が確保されず、燃料ガス流量の制御、更にはガスタービン１の制御が不能となる可能性がある。

本実施例は、ガスタービン１の燃料ガス供給系統７内の圧力を適切に制御するため、燃料ガス供給系統７における燃料ガスの流量が変化し、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、ガスタービン１の負荷の要求値に基づいて決定される燃料ガスの流量指令値を調整することでガスタービン１に流入する燃料ガスの流量を調整し、ガスタービン１の燃料ガス供給系統７内の燃料ガスの圧力がアンバランスとなり、ガスタービン１の運転継続ができなくなることを防ぐものである。

このような本実施例のガスタービン１は、燃焼器Ｆに燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統７に設置された圧力調節弁３及び流量調節弁４の開度指令を算出して出力する制御システム部（制御装置）１０を備えており、この制御システム部１０は、燃料ガス供給系統７における燃料ガスの流量が変化し、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、ガスタービン１の負荷の要求値に基づいて決定される燃料ガスの流量指令値を調整することでガスタービン１に流入する燃料ガスの流量を調整した後、流量調節弁４が所望の燃料ガス流量に調整して燃焼器Ｆへ供給するような運転制御を行っている。

本実施例の制御システム部１０は、燃料ガス供給系統７の燃料配管８のＰ１圧付近（図１のＡ部）で計測された燃料ガスの組成、燃料ガス温度や燃料ガス密度、燃料ガスの発熱量等が入力され、ガスタービン１の流入燃料の発熱量や密度等を演算するガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部１９（図３参照）を備えており、このガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部１９での演算結果は、ガスタービン出力指令演算部１５に入力される。なお、ガスタービン出力指令演算部１５には、Ｐ１圧と圧力調節弁３及び流量調節弁４の開度情報も入力される。

また、本実施例の制御システム部１０は、Ｐ２圧と圧力調節弁３の開度情報が入力され、圧力調節弁３への開度指令の演算及びフィードバック制御する圧力調節弁開度指令演算部及びフィードバック制御器１８を備えており、この圧力調節弁開度指令演算部及びフィードバック制御器１８から圧力調節弁３へ開度指令が出力されている。

なお、図３に示す例は、燃料ガス供給系統７の燃料配管８のＰ１圧付近（図１のＡ部）で、燃料ガスの組成、燃料ガス温度や燃料ガス密度、燃料ガスの発熱量等を計測した例であるが、燃料ガス供給系統７の燃料配管８のＰ１圧付近（図１のＡ部）で計測できない場合には、図４に示すように、他設備５へ燃料ガスを抜出す前の燃料配管８内における燃料ガス流量、燃料ガス温度及び燃料ガスの組成、他設備５への燃料ガス抜出系統５ａにおける燃料ガス流量、他設備５からの燃料ガス返送系統５ｂにおける燃料ガスの組成、燃料ガス温度及び燃料ガス流量をガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部１９に入力しても良い。

また、本実施例の制御システム部１０は、ガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部１９での演算結果、Ｐ１圧と圧力調節弁３及び流量調節弁４の開度情報が入力されるガスタービン出力指令演算部１５を備えており、ガスタービン出力指令演算部１５から出力されたガスタービン出力設定値Ｓ１を含む複数（ｎ個）のガスタービン出力指令値Ｓ１～Ｓｎの中から最小値を最小値選択器１３で選択して開度指令を算出する。この場合、ガスタービン出力指令値Ｓ１の他にも、電力系統の発電量指令またはプラントから要求されるガスタービン負荷要求１６から出力されるガスタービン出力指令値Ｓ２と、ガスタービン１の回転数や排ガス温度等に基づいて燃料指令信号演算部及びフィードバック制御器１７から出力されるガスタービン出力指令値Ｓ３～Ｓｎがある。

上述したガスタービン出力指令値Ｓ１、Ｓ２は、ガスタービン出力指令選択器１１に入力される。

ガスタービン出力指令選択器１１は、ガスタービン出力指令値Ｓ１、Ｓ２からいずれか一方の出力指令値を選択して出力フィードバック制御器１２に出力するが、この場合のガスタービン出力指令選択器１１は、燃料ガス供給系統７における燃料ガスの流量が変化し、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、電力系統の発電量指令またはプラントから要求されるガスタービン負荷要求１６に基づくガスタービン出力指令値Ｓ２よりも、ガスタービン出力指令演算部１５から出力されたガスタービン出力指令値Ｓ１を優先させて選択する。

即ち、本実施例のガスタービン出力指令選択器１１は、燃料ガス供給系統７における燃料ガスの流量が変化し、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合、電力系統側の要求よりもガスタービン１の実情を優先させた運転を行うためにガスタービン出力指令値Ｓ１を選択する。

こうして選択されたガスタービン出力指令値Ｓ１は、ガスタービン出力２０の入力を受ける出力フィードバック制御器１２に入力され、現状のガスタービン出力２０との比較によるフィードバック制御を受けたガスタービン出力指令値Ｓ１´として最小値選択器１３に入力される。

最小値選択器１３には、ガスタービン出力指令値Ｓ１´の他にも、上述した燃料指令信号演算部及びフィードバック制御器１７から出力されたガスタービン出力指令値Ｓ３～Ｓｎが入力される。

最小値選択器１３は、入力された全てのガスタービン出力指令値Ｓ１´、Ｓ３～Ｓｎを比較し、最小値を燃料指令（ガスタービン出力指令）として関数器１４へ入力する。燃料ガス供給系統７における燃料ガスの流量が変化し、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、燃料指令としてガスタービン出力指令値Ｓ１´が選択される。

関数器１４は、入力された燃料指令を関数Ｆｘに基づいて演算処理し、流量調節弁４の開度指令やインレットガイドベーン（ＩＧＶ）開度指令の信号を出力する。

このような運転制御を行うガスタービン１は、制御システム部１０が、燃料ガス供給系統７の燃料配管８のＰ１圧付近（図１のＡ部）で計測された燃料ガスの組成、燃料ガス温度や燃料ガス密度、燃料ガスの発熱量等が入力され、ガスタービン１の流入燃料の発熱量や密度等を演算するガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部１９を備え、このガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部１９での演算結果は、ガスタービン出力指令演算部１５に入力され、更に、Ｐ２圧と圧力調節弁３の開度情報が入力され、圧力調節弁３への開度指令の演算及びフィードバック制御する圧力調節弁開度指令演算部及びフィードバック制御器１８を備え、この圧力調節弁開度指令演算部及びフィードバック制御器１８から圧力調節弁３へ開度指令が出力されるので、燃料ガス供給系統における燃料ガスの流量が変化し、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、圧力調節弁３の開度又は圧力調節弁３の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、ガスタービン１の負荷の要求値に基づいて決定される燃料ガスの流量指令値を調整することができ、燃料ガス供給系統の上流側で生じる圧力低下や圧力過大により運転継続できなくなる状況を回避し、安定して運転ができる。

次に、本実施例におけるガスタービンの燃料流量調整方法について説明する。

本実施例では、下記１、２の手順により、Ｐ１圧を一定値に保つように、ガスタービン１における燃料ガス流量の指令値を調整する。

これにより、ガスタービン１の燃料ガス供給系統内に流入、流出する燃料ガスの流量がバランスするように制御できる。

１．Ｐ２圧が目標値となるように圧力調節弁３の開度を、圧力調節弁開度指令演算部及びフィードバック制御器１８で自動的に制御する状態に設定する。このとき、圧力調節弁３の開度は燃料ガスの体積流量、Ｐ１圧の初期値から自動的に決まる。

２．上記１の結果として、Ｐ２圧が一定値に制御された状態において、他設備５や燃料ガス供給設備２の都合によってガスタービン１の燃料ガス供給系統７に供給される燃料ガスの流量や燃料ガスの発熱量が変化するなどした結果、Ｐ１圧が変化傾向にある場合、即ち、Ｐ１圧が時間的に増加したり、減少したりする場合には、Ｐ１圧が変化しなくなるように、ガスタービン１における燃料ガス流量の指令値を調整する。

具体的には、Ｐ１圧が減少する場合には、燃料ガス流量の指令値を低下させ、Ｐ１圧が増加する場合には、燃料ガス流量の指令値を増加させる。

本実施例により、圧力調節弁３の上流側の燃料ガス供給系統７の燃料配管８内圧力の不足、又は過大により運転継続ができなくなる状況を回避し、安定的にガスタービン１を運転することができる。

また、ガスタービン１の上流側に供給される燃料ガスをフレアスタック６に廃棄することなく、ほとんどの燃料ガスをガスタービン１に供給することが可能であり、プラント効率を低下させずに運転することが可能となる。

本実施例における燃料ガスの温度は、圧力調節弁３の上流側等において計測することが考えられる。また、燃料ガスの密度や燃料ガスの発熱量は、圧力調節弁３の上流側等において直接計測するか、圧力調節弁３の上流側等において計測した燃料ガスの組成、燃料ガスの温度の計測値から計算することが考えられる。更に、他設備５からの返送ガス組成、燃料ガスの温度、燃料ガス流量及び燃料供給設備２の出口の燃料ガスの組成と燃料ガス温度及び燃料ガス流量、及び他設備５への抜出ガス流量を基に、混合後の燃料ガスの組成、燃料ガス温度を計算し、ガスタービン１に流入する燃料ガスの密度や燃料ガスの発熱量を計算することが考えられる。

また、燃料供給設備２や他設備５の運転状態等と、そこから供給される燃料ガスの組成、燃料ガス温度、燃料ガス流量、及び他設備５へ抜き出される燃料流量の関係が推定できる場合には、運転状態を基に、ガスタービン１に供給される燃料ガスの組成、燃料ガス温度、燃料ガス流量、燃料ガス密度、燃料ガスの発熱量を推定することができる。

本実施例の具体例として、例えば、燃料ガス供給系統７の上流設備の都合により、ガスタービン１の燃料ガス供給系統（圧力調節弁３の上流側）７に供給される燃料ガス流量が一定なまま燃料ガスの発熱量が変化し、ガスタービン１に流入する総発熱量が小さくなった場合を考える。

ガスタービン１の負荷一定制御を行う場合、ガスタービン１に供給される燃料ガスの発熱量を保つため、燃料ガス流量を増やす方向にガスタービン１の燃料ガス流量が制御される。

この結果、ガスタービン１に流入し消費される燃料ガス流量は増えるが、上述した仮定の通り、圧力調節弁３の上流側に供給される燃料ガス流量が一定であれば、ガスタービン１の燃料ガス供給系統（圧力調節弁３の上流側）７に供給される燃料ガスの流量がガスタービン１に流入し、消費される燃料ガスの流量より少なくなる。

これにより、図１に示すＡ部の圧力（Ｐ１圧）が低下する方向となるが、上述した本実施例による制御により、ガスタービン１に流入し消費される燃料ガスの流量を減らし、Ｐ１圧の低下を抑制することができる。

また、Ｐ１圧が極端に低下したり増加したりすることが無いように、燃料ガス流量、燃料ガス密度、燃料ガスの発熱量から決定する初期目標値を用意し、初期目標値から逸脱する場合には、ガスタービン１に流入する燃料ガス流量の増減により、Ｐ１圧を初期目標値に近づける制御を行うことが考えられる。

なお、ガスタービン１の燃料ガス供給系統７の燃料配管８内圧力（Ｐ１圧）の他の調整方法としては、ガスタービン１の燃料ガス供給系統７の燃料配管８内圧力を一定に維持するために、フレアスタック６に常時燃料ガスを流しておき、Ａ部の圧力を一定に保つようにフレアスタック６に廃棄して燃料ガスの流量を調整する方法が考えられる。

本実施例によれば、燃料ガス供給系統７の上流側で生じる圧力低下や圧力過大により運転継続できなくなる状況を回避し、安定して運転ができる。

次に、本発明のガスタービン１の実施例２について説明する。

本実施例では、実施例１における手順１において、Ｐ１圧の代わりに圧力調節弁３の開度の変化傾向を捉えて制御するものである。

即ち、１．Ｐ２圧が目標値となるように、圧力調節弁３の開度を自動的に制御する状態に設定する。このとき、圧力調節弁３の開度は、燃料ガスの体積流量、Ｐ１圧の初期値から自動的に決まる。

２．１の結果としてＰ２圧が一定値に制御された状態において、他設備５や燃料ガス供給設備２の都合によって、ガスタービン１の燃料ガス供給系統７に供給される燃料ガス流量や燃料ガスの発熱量が変化するなどした結果、Ｐ２圧を一定に制御するために圧力調節弁３の開度が変化する傾向にある場合、即ち、圧力調節弁３の開度が時間的に増加したり、減少したりする場合には、圧力調節弁３の開度が変化しなくなるように、ガスタービ１における燃料ガス流量の指令値を調整する。

具体的には、圧力調節弁３の開度が増加する場合には、燃料ガス流量の指令値を低下させ、圧力調節弁３の開度が減少する場合には燃料ガス流量の指令値を増加させている。

このようにしても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明のガスタービン１の実施例３について説明する。

本実施例は、上述した実施例１や実施例２において、ガスタービン燃焼器に複数の燃料系統が存在し、ガスタービン１の燃料ガス系統が複数である場合には、圧力調節弁３の下流側における流量調節弁４も燃料ガス系統の数に応じた数としたものである。

このような本実施例の場合も、燃料ガス流量を各燃料ガス供給系統７に流入する燃料ガス流量の合計値を用いることで、実施例１又は実施例２と同様の制御が可能である。

次に、本発明のガスタービン１の実施例４について説明する。

本実施例は、実施例１や実施例２或いは実施例３において、予め燃料ガス密度、燃料ガス流量、Ｐ１圧、圧力調節弁３の開度のマップを予め作成しておく（図５が、マップの一例である）。

例えば、圧力調節弁３の開度のマップを予め作成し、圧力調節弁３の開度が一定値に保たれた際の燃料ガスの流量、密度を計測して記録し、燃料ガスの流量の計測値が予め作成したマップの圧力調節弁３の開度による燃料ガスの流量と異なる値となった場合にはマップを修正し、修正したマップに基づいてＰ１圧の初期目標値を修正する。

即ち、Ｐ１圧や圧力調節弁３の開度が一定値に保たれた際の燃料ガス流量、燃料ガス密度を計測して記録し、燃料ガス流量の計測値が予め作成したマップのＰ１圧や圧力調節弁３の開度による燃料ガス流量と異なる値となった場合に、マップを修正する機能を付け加え、このマップ修正機能で修正したマップに基づいて、実施例１におけるＰ１圧の初期目標値を修正する。

これにより、Ｐ１圧や圧力調節弁３の開度の初期目標値を適切な範囲内に保つことが可能となる。

また、Ｐ１圧、圧力調節弁３の開度が一定値になったときの燃料ガス流量と、予め作成したマップから計算される燃料ガス流量の間の差分に関するデータを蓄積し、上記燃料ガス流量と蓄積データが異なる場合に、マップを修正する機能を付け加え、このマップ修正機能で修正したマップにより、初期設定値を最適化する。

これにより、Ｐ１圧や圧力調節弁３の開度の初期設定値を最適化することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加える事も可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をする事が可能である。

１…ガスタービン、２…燃料供給設備、３…圧力調節弁、４…流量調節弁、５…他設備、５ａ…他設備への燃料ガス抜出系統、５ｂ…他設備からの燃料ガス返送系統、６…フレアスタック、７…燃料ガス供給系統、８…燃料配管、１０…制御システム部、１１…ガスタービン出力指令選択器、１２…出力フィードバック制御器、１３…最小値選択器、１４…関数器、１５…ガスタービン出力指令演算部、１６…電力系統の発電量指令またはガスタービン負荷要求、１７…燃料指令信号演算部及びフィードバック制御器、１８…圧力調節弁開度指令演算部及びフィードバック制御器、１９…ガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部、２０…ガスタービン出力、Ｃ…圧縮機、Ｆ…燃焼器、Ｔ…タービン。

Claims (12)

1. 燃料供給設備からガスタービン燃焼器へ燃料配管を介して燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統と、前記燃料配管の途中に設置され、前記燃料ガスの圧力制御を行う圧力調節弁と、該圧力調節弁の下流側の前記燃料配管に設置され、前記燃料ガスの流量を制御する流量調節弁と、前記燃料ガス供給系統における前記燃料ガスの流量が変化し、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、ガスタービンの負荷の要求値に基づいて決定される前記燃料ガスの流量指令値を調整する制御装置と、を備え、
   前記燃料ガス供給系統の上流側には、他設備への燃料ガス抜出系統及び前記他設備からの燃料ガス返送系統が接続されており、前記燃料ガス供給系統の上流側で、前記他設備への燃料ガス抜出系統及び他設備からの燃料ガス返送系統を介して前記燃料ガスの抜出や返送が行われることを特徴とするガスタービン。
2. 請求項１に記載のガスタービンであって、
   前記制御装置は、
   前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）近傍で計測された前記燃料ガスの少なくとも温度及び組成、又は密度と発熱量、又は前記他設備へ前記燃料ガスを抜出す前の前記燃料配管内における前記燃料ガスの流量、温度及び組成、前記他設備への燃料ガス抜出系統における前記燃料ガスの流量、前記他設備からの燃料ガス返送系統における燃料ガスの組成、温度及び流量が入力され、前記ガスタービンの流入燃料ガスの少なくとも発熱量と密度を演算するガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部と、
   前記圧力調節弁の下流側の圧力（Ｐ２圧）と前記圧力調節弁の開度情報が入力され、前記圧力調節弁への開度指令の演算し、その結果に基づいて前記圧力調節弁へ開度指令が出力してフィードバック制御する圧力調節弁開度指令演算部及びフィードバック制御器と、
   前記ガスタービン流入燃料密度、発熱量演算部での演算結果、前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）、前記圧力調節弁及び前記流量調節弁の開度情報が入力され、ガスタービン出力設定値を出力するガスタービン出力指令演算部と、を少なくとも備え、
   前記ガスタービン出力指令演算部から出力されたガスタービン出力設定値を含む複数（ｎ個）のガスタービン出力指令値Ｓ１～Ｓｎの中から最小値を選択して開度指令を算出する制御システム部であることを特徴とするガスタービン。
3. 請求項２に記載のガスタービンであって、
   少なくとも前記圧力調節弁の開度のマップを予め作成し、前記圧力調節弁の開度が一定値に保たれた際の前記燃料ガスの流量、密度を計測して記録し、前記燃料ガスの流量の計測値が予め作成した前記マップの前記圧力調節弁の開度による前記燃料ガスの流量と異なる値となった場合には前記マップを修正する機能を備え、
   前記マップの修正機能で修正した前記マップに基づいて前記Ｐ１圧の初期目標値を修正することを特徴とするガスタービン。
4. 燃料供給設備からガスタービン燃焼器へ燃料配管を介して燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統と、前記燃料配管の途中に設置され、前記燃料ガスの圧力制御を行う圧力調節弁と、該圧力調節弁の下流側の前記燃料配管に設置され、前記燃料ガスの流量を制御する流量調節弁とを備えたガスタービンへ供給する前記燃料ガスの流量を調整する際に、
   前記燃料ガス供給系統における前記燃料ガスの流量が変化し、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、前記ガスタービンの負荷の要求値に基づいて決定される前記燃料ガスの流量指令値を調整するものであり、
   前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合とは、前記圧力調節弁の下流側の圧力（Ｐ２圧）が目標値となるように前記圧力調節弁の開度を自動的に制御し、前記Ｐ２圧が一定値に制御された状態において、前記燃料ガス供給系統に供給される前記燃料ガスの少なくとも流量及び／又は発熱量が変化することであることを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
5. 請求項４に記載のガスタービンの燃料流量調整方法であって、
   前記燃料ガス供給系統に供給される前記燃料ガスの少なくとも流量及び／又は発熱量が変化して、前記Ｐ１圧が時間的に増加したり、減少したりする場合には、前記Ｐ１圧が変化しなくなるように、前記燃料ガスの流量指令値を調整することを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
6. 請求項５に記載のガスタービンの燃料流量調整方法であって、
   前記Ｐ１圧が減少する場合には、前記燃料ガスの流量指令値を低下させ、前記Ｐ１圧が増加する場合には、前記燃料ガスの流量指令値を増加させることを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
7. 請求項６に記載のガスタービンの燃料流量調整方法であって、
   少なくとも前記Ｐ１圧のマップを予め作成し、前記Ｐ１圧が一定値に保たれた際の前記燃料ガスの流量、密度を計測して記録し、前記燃料ガスの流量の計測値が予め作成した前記マップの前記Ｐ１圧による前記燃料ガスの流量と異なる値となった場合には前記マップを修正し、修正した前記マップに基づいて、前記Ｐ１圧の初期目標値を修正することを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
8. 燃料供給設備からガスタービン燃焼器へ燃料配管を介して燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統と、前記燃料配管の途中に設置され、前記燃料ガスの圧力制御を行う圧力調節弁と、該圧力調節弁の下流側の前記燃料配管に設置され、前記燃料ガスの流量を制御する流量調節弁とを備えたガスタービンへ供給する前記燃料ガスの流量を調整する際に、
   前記燃料ガス供給系統における前記燃料ガスの流量が変化し、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化傾向にある場合には、前記圧力調節弁の開度又は前記圧力調節弁の上流側の圧力（Ｐ１圧）が変化しなくなるように、前記ガスタービンの負荷の要求値に基づいて決定される前記燃料ガスの流量指令値を調整するものであり、
   前記圧力調節弁の開度が変化傾向にある場合とは、前記圧力調節弁の下流側の圧力（Ｐ２圧）が目標値となるように前記圧力調節弁の開度を自動的に制御し、前記Ｐ２圧が一定値に制御された状態において、前記燃料ガス供給系統に供給される前記燃料ガスの少なくとも流量及び／又は発熱量が変化することであることを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
9. 請求項８に記載のガスタービンの燃料流量調整方法であって、
   前記燃料ガス供給系統に供給される前記燃料ガスの少なくとも流量及び／又は発熱量が変化して、前記圧力調節弁の開度が時間的に増加したり、減少したりする場合には、前記圧力調節弁の開度が変化しなくなるように、前記燃料ガスの流量指令値を調整することを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
10. 請求項９に記載のガスタービンの燃料流量調整方法であって、
    前記圧力調節弁の開度が増加する場合には、前記燃料ガスの流量指令値を低下させ、前記圧力調節弁の開度が減少する場合には、前記燃料ガスの流量指令値を増加させることを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
11. 請求項１０に記載のガスタービンの燃料流量調整方法であって、
    少なくとも前記圧力調節弁の開度のマップを予め作成し、前記圧力調節弁の開度が一定値に保たれた際の前記燃料ガスの流量、密度を計測して記録し、前記燃料ガスの流量の計測値が予め作成した前記マップの前記圧力調節弁の開度による前記燃料ガスの流量と異なる値となった場合には前記マップを修正し、修正した前記マップに基づいて、前記Ｐ１圧の初期目標値を修正することを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。
12. 請求項４乃至１１のいずれか１項に記載のガスタービンの燃料流量調整方法であって、
    前記燃料ガス供給系統における前記燃料ガスの流量が変化するのは、前記燃料供給設備から前記ガスタービンに前記燃料ガスを供給する前記燃料ガス供給系統の上流側に接続された他設備への前記燃料ガスの抜出及び／又は前記燃料ガスの返送が行われているときであることを特徴とするガスタービンの燃料流量調整方法。

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