200905068 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 法。於燃氣渦輪機發電系統及其運轉控制方 之辦料氣體/其係關於具備用以壓縮供應至燃氣渴輪機 在辦氣7^ 體壓職㈣氣渴輪機發H統、及 :二輪機發電系統’產生例如當負載斷路等負載急遽 二電“IS防止燃氣渦輪機超過既定轉速之燃氣渦輪機 ^ %糸統之運轉控制方法。 埤 【先前技術】 石山由於燃氣渦輪機發電比火力銷爐發電效率高且二氧化 二(Γ〇2)之排放量較少’因此應用於環境保護㈣電設備之 例有增加的趨勢。一 另方面’在基礎產業之煉鋼領域，备 々生例如高爐氣體（Blast Furnace Gas，標記為BFG)、輕^ ，肢(LDG)等低熱值之副產氣體。近年來，因技術之提升， '低…、值釗產氣體可在燃氣渦輪機燃燒，使用作為燃氣 @輪機之燃料來發電之事例已有增加。 *圖9〜圖11係表示使用上述低熱值之副產氣體作為燃 氣渦輪機燃料之燃氣渦輪機發電系統之機器配置例。圖9 ，毛電系統101及圖1〇之發電系統1〇2，皆係藉由來自燃 ^渴輪機1 04之動力來發電。圖11之發電系統103，係將 '、、、氣屬輪機105併設於燃氣渦輪機1〇4，藉由來自燃氣渦 7 ' 〇4、蒸氣渴輪機1〇5兩者之動力來發電的複合發電 系先。於各發電系統101、102、103，亦附設有用以壓縮 200905068 燃料氣體之熾M ΗΑ π 女…軋體壓縮機106。此係為了使用低熱值之 田丨J產軋體作為憮# 窄舞彼士古、* 、、+，在大幅增加燃料氣體之供應量後，必 、i、’冋/辰度以調整成燃氣渦輪機所須要之熱值。 圖0之發電系統102及圖1 1之發電系統103中，皆 =速齒輪⑴將燃料氣體壓縮機ι〇6連接於燃氣 機1〇4之旋轉驅動軸110。 於燃氣渴輪構〗04，Γ* "機104设有壓縮燃燒用空氣之空氣壓缩 fi〇7與燃燒器⑽，且連接有發電機109。於燃燒器1〇8, =接有供應來自空氣壓縮機107之麗縮空氣的壓縮空氣配 官112、與供應來自燃料氣體I缩機1〇6之燃料氣體的燃 料氣體供應配f 113。於氣體供應配管113，設有流量控 制閥1 Μ燃、料乳體I缩機1〇6、空氣壓縮機旧、及發電 機1〇9係連接在同軸上，以藉由燃氣渦輪機104來驅動。 又圖11之複合發電系統1〇3 t，蒸氣渦輪機105亦與 發電機1 09連接在同軸上。 如此’使用低熱值氣體作為燃料之發電系統中，必須 有大容量之燃料氣體壓縮機1〇6。此外，由於為大容量， 因此藉由燃氣嫣104之動力來驅動燃料氣舰機 1〇6。由於㈣此種機器配置’因此必須依系統各別設計⑽ 別是軸設計），而無法避免建造期間之長期化及系統建造之 南成本化。 另-方面’使用天然氣等通常燃料之燃氣渦輪機發電 系統中’由於燃料氣體(天然氣)為高熱值，因此一般而+ 無須大容量之燃料氣體壓縮機’小容量之燃料氣體壓縮機 200905068 即可。此時，燃料氣體壓縮機並不與燃氣渴輪機連接，而 獨立§又置，一般而言係藉由中小型馬達來驅動。又乂嫉 料氣體壓力為較高之情況下，則無須燃料氣體壓縮機。… 圖12〜圖13係表示以上述天然氣作為燃氣渴輪機辦 料之燃氣渦輪機發電系統之機器配置例。圖12之發電系 統115:係藉由來自燃氡渦輪機1〇4之動力來發電：圖:手3 糸Γ 116 ’係將蒸氣渦輪機105併設於燃氣渦輪機 稷口發電糸、统。如圖示，於各發電系、統u5、US比 未設置燃料氣體壓縮機，燃料氣體（天然氣）係由供岸源二 接供應至燃燒器108。對與圖9〜圖11之燃氣渴輪機發電 糸狀機益同樣的機器’附上相同符號並省略其詳細說 二用此種機态配置之燃燒天然氣(意指以天然氣為燃料) 之燃氣渦輪機發電系統’在設計時特別是軸設計會變容 易。此外，在重新建造系統時，亦可採取沿用幾乎成標準 之既有設計下將此作微幅改變的方法。 Ζ年來’隨著占大部分發電系統運轉成本之燃料的天 了孔^ mi等’期望廢除燃燒天然氣之燃氣渦輪機發電 系統，而建造燃燒副產氣體(低熱值)之燃氣渦輪機發電系 統或將現有燃燒天然氣之燃氣渦輪機發電系統，改造成 燃燒低熱值氣體之燃氣渦輪機發電系統的使用者已有增 如4述，以往使用以低熱值氣體為燃料之發電 系統中’必須設置大容量之燃料氣體壓縮機，且必須依系 、、先各別α。十（特別是軸設計），因此無法避免建造期間之長 期化及系統建造之高成本化。 8 200905068 電李έ 2 # M低熱值氣體為燃料之燃氣渴輪機發 電糸統，與使用以天然氧耸古 ..π.^ 、乱4回熱值燃料之燃氣渦輪機發電 :、，=’在產生如負載斷路等負載急降之 制燃氣渦輪機之過速（轉速過度上升），且不會跳 _既定轉速，並維持於轉速可控制之狀態。 ❹：=在燃氣渦輪機以額定負載運轉中，於供電系統 輪機發電系統產生以種原因發生負載斷路時， 右將燃軋渦輪機自負載觫 m壯. 負戟解列日寺’會於瞬間陷入過速狀態。 右拴制衣置檢測到此狀況時， 縮小燃料供應系統之流量控制的;^、、共應重’會急速 機之過速。負載斷路之檢測，=;，以抑制燃氣㈣ 號或燃氣渴輪機之轉速訊』等=輪:發電機之輸出訊 p °料，會使流量控 哭之失…t貝'.、、科之取小流！的開纟，以避免燃燒 樣c負載狀態維持額定轉速。該流量控制閥 ==係一邊監測例如燃氣渦輪機轉速、發電機輸 口壓力等運轉機之人口壓力及出 制已揭示於諸多文獻(例如二斷路時之控 2002-n88；：；^^8' 165934 ^ ㈣號公報）。 6就公報、及日本特開_ -料St:然氣為燃料之燃氣渦輪機的情沉下，由於 制間2::?較：：因此其燃料氣體供應配管及流量控 然而，使：t，流量控制闊之控制並不太困難。 使用以上述低熱值氣體為燃料之燃氣漏輪機 200905068 、、先中，此負載急降時之運轉控制則不 埶值，故斟± 易。因燃料氣體為低 …值㈣燃氣渦輪機之燃料供應量較 勹低 之烬料痛駚 ’而使用大口徑 ,.，、寸+孔體供應配管。因此，僅能選 閥。能使用你或θ 1 *丨 大僅之流量控制 使用作為流ϊ控制用之閥形式會 流量批告丨I pq #田 X吸制。基於此種 里控制閥係異於天然氣用之流量控 種 必須小产吾此吨 4 ’在負載斷路時 3 “匕讀態下，難以穩定控制流 吟 路發生之同時 在負载斷 維持d 對燃氣渴輪機之入熱量，且 邊防止失燃料之熱值較低，故難以-大 進仃燃氣渦輪機過速的有效抑制。 統中因低熱值氣體為燃料之燃氣渦輪機發電系 Uh體壓縮制與燃氣渦輪機連接 此情形，燃氣渦輪機、辦料氣 在 電機序列之旋轉體整體的慣性動量（m〇ment)會較大。 【發明内容】
V 本發明係為解決此課題而構成，其目的在於提供—種 熱值氣體。亦即^ 以設計及製造容易之燃燒低 燃氣渦輪機發電争:先㈣tr供一種燃燒低熱值氣體的 置之燃燒高心r的：製造、且能容易改造已設 的在於提供-、種： 輪機發電系統。再者，其目 種燃氣渦輪機之運轉控制方法，在此種鐵声 急降時，可县认…輪g電系統’發生負載斷路等負載 易於控制燃氣渦輪機轉速上升。 10 200905068 本發明之燃氣渦輪機發電系統，係具備：燃氣渦輪機； 發電機，以可傳達旋轉力之方式連接於該燃氣渦輪機； 燃料氣體壓縮機，用以壓縮供應至該燃氣渦輪機之燃料氣 體；馬達，用以驅動該燃料氣體壓縮機；第一驅動用供電 線路，用以將電力由該發電機供應至該，㈣；以及系統控 制裝置’用以控制燃氣渦輪機之運轉。 根據此種燃氣渦輪機發電系統，可沿用習知以天然氣 等高熱值氣體為燃料之燃氣渦輪機發電系統的機器配置。 因此'，無須新的軸設計、或變得容易。其結果，容易設計 製造並可縮短建造期間及降低系統建造成本。&，即使在 發生負載斷路等外部負載各咯士 , ^ _ y 貝戰心降日，由於燃料氣體壓縮機用 馬達係以負載方式存在，因此 u此不會如習知技術般燃氣渦輪 :之負載極端大幅降低。其結果，由於預先抑制燃氣渦輪 轉速上升，因此易純制燃氣渦輪機之轉速。 除該來自發電機之篦 — 书俄·^弟驅動用供電線路外，亦具備第 —驅動用供電線路，用乂脾Φ 、 ，電力由该發電機以外之電源供 …至該馬達；可使該系 .m ^ fJ衮置構成為切換由該第二驅 動用供電線路對該馬達之供電、盎 — ^ ^ . /、由6亥弟一驅動用供電線 略對该馬達之供電。 了於4第二驅動用供電線 哭 略0又置具有固定型頻率轉換 口。的馬達啟動裝置，用以啟 使篦_ H 動W馬達。根據此種構成，即 吏第一驅動用供 電氣相位及電C…V 機之兩個供電系統中， 仅及電堡彼此相異時， …問喊可啟動馬達。 j竹这弟一驅動用供電線 ~吩逆钱於位在該第二驅動用 200905068 供電線路，馬達與馬達啟動裝置之間的部分。 飨σ: X第驅動用供電線路連接於該第二驅動用供電 =並該馬達啟動裝置連接於位在該第二驅動用供 17 :’、弟一驅動用供電線路之連接部與馬達之間的部 刀。根據此種構成，基士心 的斗玄 卩制自發電機供應至馬達之電氣 的頻率，可調節燃料氣體壓縮機之氣體壓縮率。 可設置發電機母狳故 ^ - , n u. ^ ,、、，用以將電力由該發電機送出至 外口Ρ ’且將電力由外部 機；可將該第二驅動用：:發電機以驅動該燃氣渦輪 希據卜 ”毛線路連接於該發電機母線路。 根據此種構成，由於 機@#势 、减'應設於第二驅動用供電線路之 ° ΙΓΓ’因此能降低設備成本及維修成本故較佳。 本啦明之辦顏、、典认丨 氣渦輪機發電系統：二：電系統的運轉控制方法，該燃 旋轉力之方式連渦輪機；發電機’以可傳達 以壓縮供應至該辦':二：渴輪機；燃料氣體壓縮機，用 該燃料氣體壓縮機 ” ’馬達，用以驅動 該運轉控4:::及人電力供應線，用以對該馬達供 係由該電力供應線對二：料氣體壓縮機啟動時， 中，係由該發電機對該馬^^電，於該燃氣渴輪機運轉 根據本方法， 載急降時，盥前述门載斷路等燃氣渦輪機之外部負 於該辦氣、、仏’易於控制燃氣渦輪機之轉速。 壓縮機之運機之⑽降時，藉由變更該燃料氣體 燃氣渦輪機之轉迷。冑即馬達之負載’藉此更容易控制 12 200905068 可於該燃氣渦輪機之負載急降時，降低對燃氣渦輪機 之入熱罝，且如上述般變更該燃料氣體壓縮機之運轉條 件。 ^ 根據本發明，在建造燃燒低熱值氣體之燃氣渦輪機發 電系統下，由於可沿用已成標準設計之燃燒高熱值氣體（天 然氣等）之燃氣渦輪機發電系統的機器配置，因此不須新的 軸設計或容易。因此，以設計製造並可縮短建造期間及 降低系統建造成本。再者，在此種燃燒低熱值氣體之燃氣 渦輪機發電系、統，發生負載斷路等負載急降時，可易於和 制燃氣渦輪機轉速之上升。 、ρ 本發明之前述或進一步内容，由使用圖式詳述之以 說明會清楚明白。 L頁狍方式】 ，照上述附加圖式說明本發明之燃氣心機發電系統 及燃氟渦輪機之運轉控制方法的實施形態。 ’、、’· 杏圖…丄係概略表示包含本發明之燃氣渦輪機發電系統之 一貝靶形態之燃氣渦輪機發電系統丨 ’、、’、 輪機發雷糸怂Η、 糸、、先圖。此燃氣渦 輪Μ電糸統i(以下，亦僅稱為發電系統^，係使 爐S所產生之低熱值副產氣體” 门 渦輪機2之燃料，以作為氣體產tBFG為燃氣 燃燒器3、將辦-料氣體供庫i 、 此外，具備 … 應燃燒器3之蝣料氣體供靡阶 官、用以壓縮燃料氣體之燃料氣體壓縮: 氣供應至燃燒…空氣壓縮機6、及發:將壓縮空 奴电機7。上述燃 13 200905068 料氣體供應配管4在w * 係攸軋體產生源s經由燃料氣體壓 5連接至婵燒_ 飞札媪壤化機 …° 3。於燃料氣體供應配管4之婵料氣 縮機5與燃燒器3 枚體壓 之間的。卩分，設有流量控制閥i 〇。 :本心電***！之通常運轉時，系統控制 例如發電機7之耠ψ枯v 置0係以 輸出值、燃氣渦輪機2之轉速、空翕 機6之出入口壓力 礼壓縮 至力、及燃氣渦輪機2之排氣溫度等為 訊號，來控制流量芍輸入 篁控制閥10之開度，以依照其變 對燃氣渦輪機之入熱。 勒進仃 空氣壓縮機6 及务電機7，係與燃氣渦輪機2 同軸上’以藉由揪氣 ^ “、、礼渦輪機2之旋轉軸2a來驅動。以 機β配置’係與習知燃燒天然氣之燃氣渦輪 共通。因此，系統之設計製造會變得容易。铁而， 燃燒=线之燃氣渴輪機之發電系統，如前述般，係^ 燒低，、、、值乳體之本燃氣渦輪機發電***丄，設有大容旦 燃料氣體壓縮機5。兮拗祖名辨两w °又 谷里之 、 ^ °亥燃枓軋體壓縮機5，並未與燃翁识 輪機2連結於同軸而係獨立 ” ^ π， 此點為本系統1之特η 之一。二’因配置大容量之燃料氣體壓縮機5，故— 新的_。此點亦有助於設計製造之容易化。獨立配署、 之燃枓乳體壓縮機5,並非藉由燃氣渴輪冑2驅動 由其專用之馬達9來驅動。此外， ，、 ^ ^ 设迷般，係由發雷處 之廠内供電配線（母線路）供電於該 电廠 呵運9，且亦可由卜 發電機7供電於該馬達9。此點亦為 上迷 圖2係表示用以驅動上述發電 及燃料氣體壓縮機5、及用以輸送 m㈣機2 k不自發電機7之電力的 14 200905068 電氣系統。針對系統控制…則 電廉設有由發電機7往外抑 其圖不。於此舍 】!、及對燃料氣體I缩機5之馬達=第-母線： 二母線路12。 1逆^仏电時等所使用之第 於該第—母線路U與發電機7 路13。於雷i# # & J 有發電機母線 七窀祛母線路13，係供 85 第一母線路1 1 « $ 、 叙電機7輸送至 . 及亦供於啟動燃氣渦輪機2„ 弟一母線路Π對發電機7供電 ⑽機2時，由 13設有啟動時使用之斷路器…、載=電機母線 斷路器W。此外，於發電機母線路13設^^，用之 機2用之啟動裝置15的旁路母線路15a :然乳渦輪 心於該旁路母線路…，亦設有斷M 14b過此斷路器 :路器，。上述啟動裝置15，係利用發電機7 有 電動機’用來啟動燃氣渦輪冑 ”、、同步 止型頻率轉換器作為此啟動裳置J如’亦可使用例如靜 於發電機7與燃料氣體壓縮機5用之馬達 有第-驅動用供電線路16，於第二母 之間，設 9之間’設有第二驅動用供電線路丨 電上：馬達 :r設有斷路…14"-驅動用=;:、 係供燃氣㈣機2運轉時，由發電機7對馬達9供路16’ 氣體壓縮機5之母線路。第二驅動用供電線’以 係供燃氣渦輪機2啟動時，由第二母㈣12對^ 電，以啟動燃料氣體壓縮機5之母線 ^ 9供 Μ ^ ^ 、塔。於該第二驅私田 笔線路17,設有用以啟動馬達9之馬達啟動裝置18 15 200905068 由於係使用靜止型頻率轉換器 ,，gf7 ^ 乍為該馬達啟動裝置1 8，因 料使在來自第二母線路12之電氣及來自 氣的相位及電壓彼此相異時， 機 之电 點亦為本系統1之特徵之二動馬達9。此 發電機母…、及旁路母線：Γ5^ 變屢器8。 上之適且部位，設有 參照圖2針對系統控制裝置7。 1的運轉控制作說明。於運韓心1 電系統 斷π 連轉開始前’開放配線上之所有 畊路為 14a、l4b、14c、14d、η ’ 徂I l4e、及斷路器14f。亦即， (、電係被阻斷。接著，為啟動燃氣 …、旁路母線路15a上 機2 之斷路盗14b、及斷路器14f。如 “ 置15即改變頻率對發電機7供電，藉此使發 電機7旋轉作為同步電動機 ^ 時，由於將天然氣NG=洋氣渦輪機2旋轉。此 3 時供應至燃氣渦輪機之燃燒器 作為啟動時之燃料，因此燃氣漏輪機2即啟動。 接者’開放上述旁路母線路…上之斷路器⑽、及 二-…而結束啟動農置15之任務。另—方面，關閉 务電機母線路13 h之iff 时1 < 气Π — 上之斷路# 14a’將發電機7所產生之電 至弟-母㈣u ’以配電至發電薇内部或外部之使 用者處二接著’關閉第二驅動用供電線路17上之斷路器 由第—母線路12對馬達啟動裝i 18供電。如此， 達啟'裝置18即驅動燃料氣體壓縮機5之馬達9至 ' :藉由„亥馬達9之旋轉便啟動燃料氣體壓縮機5。 接者’如圖3所示，馬達啟動裝置18使來自第二母線 16 200905068 路12之電氣及發電機7所產生之電氣的相位及電壓同步。 關閉第-驅動用供電線路16上之斷路器14c，由發電機7 對馬達9供電。開放第二驅動用供電線路丨7上之斷路器 14d，以停止由第二母線路12對馬達啟動裝置u之供電。 亦即’對馬達9之供電路徑係由第二驅動用供電線路17 切換至第—驅動用供電線路16。藉由自發電機7對馬達9 ’二“共電’燃料氣體壓縮機5即進入通常運轉。接著，通 =料氣體供應配管4將燃料氣體（低熱值氣體）供應至燃 Λ疋益3 ’燃氣渦輪機2俑„ 更開始通Φ運轉。此時，供應於啟 動用之天然氣即停止其供應。 姆針對負載斷路測試之運轉控制作說明，以作為 載急降之-例。在商業用燃氣渦輪機發電 載1規疋必須藉由負載斷路測試來確認，於額定負 氣渴輪機不會超過容生作用’以使燃 之額定轉速的^速（―^言’係負載運轉時 才准許作業。之功能經確認無問題後， 管上之产旦押_ 糸指包含例如調節燃料氣體供應配 ，里控制閥之開度的系統控制裝置等。 負载斷路測試，如 路用使用之斷路器二雖開放作為突然負載斷 但其他電路系㈣絡姑 I、轧渦輪機2之外部負载， 系’’充係維持通常之運棘壯能 + 持續對燃料氣體I縮機5 '。亦即，發電機7 燃氣渴輪機2 ^ ’” 供電。另一方面，雖 額定運轉所供列’但並無法使至此止為維持 f 1、應之入敎吾龄PU, °多餘部分之入熱量會 27 200905068 產生上述旋轉體之加速轉距，使婵氣渦衿機9 & * 速上升。即使^鮮 似、、^輪機2加速而使轉 況下，亦必須急遽減少入埶量，以 使燃氣渦輪機2之轉速不超過料最大轉迷。 由於在習知燃燒天然氣之燃氣渦輪機 時實質上負載即變成零，因此多㈣分之斷路之同 令口此夕餘邠刀之入熱量會變得較 電機由於本系統1中，即使發生負載斷路由發 體壓縮機5用之馬達9亦經常供電，因此
定負’但實質上負載並非為零，而變成額 雷 列如20〜4〇%。相較於不由發電冑7對上述馬達 :電之習知燃氣渦輪機，該部分可抑制燃氣渦輪機2之轉 =上升°因A ’無須使燃料氣體之供應量急遽且極端地 亦即’即使是大口徑之流量控制閥1G，亦容易進行 項控制，而易於控制燃氣渦輪機2之轉速。 又’上述馬it 9之消耗動力愈高，負載 輪機之殘存負载愈大。因此，可藉由利用此，於負載= 時變^燃料氣體壓縮機5之運轉條件，以調節馬達9；^ 載，藉此能更容易控制燃氣渦輪機2之轉速。 般而言，係使用軸流式壓縮機作為燃料氣體壓縮機。 本貫施形態之上述燃料氣體壓縮機5亦採用軸流式壓縮 機，藉由變更該流體入口側之導葉的傾斜角，即可調整燃 料氣體之壓力。 ‘·'、 圖2〜圖4所示之電氣系統中，用以啟動燃氣渦輪機2 之電力供應及自發電機7料部之電力供應的第—母線路 11、與用以啟動燃料氣體壓縮機用馬達9之電力供應的第 18 200905068 二母線路12係不 口口一么 系統。然而，如圖5所示，亦斤―丄 早一糸統（母線路）i 1， 了糟由 進竹兩種電力供應。 圖5所示之電氛系纪丄 嗖第及系、，先中，若與圖2對照即可知 。又弟—母線路丨2。藉 係未 代小丨， 精田將第二驅動用供電線路1 7馇拉从 發電機母線路丨3，自笛 連接於 第_ —母線路1 1通過發電機母線路13 及弟—驅動用供電線 „ 對燃料氣體壓縮機用馬it 9 # 應啟動用電力。篦1運9供 力第—軀動用供電線路17連接 線路13的部分，俜旁使弋愈电機母 刀係旁路母線路15a之連接點與變壓器8之 二:二亚不限定於該位置。根據此種構成，可減少斷 路益⑷或變麈器8之件數，母線路亦以單—者即可^ :、與圖2〜圖4所示之電氣系統的相異點僅為以上說明之 广刀：其他構成相@，因此對相同構成物附記相同參照符 號’並省略其說明。 .； ’“圖6表不應用與圖2或圖5所示之電氣系統相 :、之機器配置的電氣系統。此電氣***，亦為用以驅動上 述燃氣渴輪機發電系統1之燃氣渴輪機2及燃料氣體壓縮 機5、及用以自發電機7輸送電力之電氣^統。圖6係表 不已開放配線上之所有斷路器14a、14b、Uc、丨W、丨^、 及斷路器14f之運轉開始前的狀態。亦即，供電已被阻斷。 圖或圖5所示之電氣系統中，由發電機7對氣體壓縮機 馬達9之第驅動用供電線路16,係連接於第二驅動用 供電線路17之該馬達9與其啟動裝置18之間的部分。然 而圖6之電氣系統中，上述第一驅動用供電線路丨6，係 連接於第二驅動用供電線路17之馬達啟動裝置18的上游 19 200905068 側(啟動裒置18之第二母線路12側)。 根據此種構成，在本發電系 由該馬達啟動裝置]8 、、’ 之通常運轉時，可藉 之轉速）改變。因為體屢縮機5之轉速（馬達9 四為，由於如前诚和在处 器作為此馬達啟動裝置18，因此可：靜止型頻率轉換 9之轉速。此時，雖亦可使用前述:導由荦:二變更馬達 作為燃料氣體摩縮機5,但由：葉之軸流式歷縮機 調整氣體壓縮率，因此 曰‘、、、啟動裝置來 知 j 定用離心壓縮機。 麥照圖6針對系統控制裝置7〇 1的運轉控制作說明。圖6之 ’”、:、：’機發電系統 統相對照，馬達9啟動德 ......、'圖2之電氣系 文動後’在由發電機7對黾这 狀態下之運轉控制彼此相異。亦即，即使在圖電^ =:自第二母線路12之電氣與發電機二 相位及電壓同步之下，將對馬達9之供電路徑由第 —驅動用供電線路17切換至第—驅動用供電線路16。缺 =後由發電機7對馬達9之供電，係通過具有頻率轉 ’运啟動哀置18纟進行。因此，即可藉由馬達 啟動裝置18之頻率轉換作用，來變更馬達9之轉速。根 據㈣構成’即使在燃料氣體壓縮機5不具備流體壓變^ 力月匕（導葉等），亦可藉由馬達啟動裝置18之控制，來改變 燃料氣體壓縮貞5之氣體壓縮率。當然，使用附導葉之軸 流式壓縮機亦無問題。 圖7亦表示可由發電機7通過馬達啟動裝置18供電至 馬達9之黾氣系統。圖7所示之電氣系統中，若與圖6相 20 200905068 對照即可知’係未設第二母線 電線路Η連接於發電機母線路13，自稭第由將第二驅動用供 發電機母線路13及第二驅動 線路U通過 動燃料氣體壓縮機用馬達9之雷力線势路17，供應用以啟 17所連接之發電機母線路13的部分，=動用供電線路 之連接點與變壓器8之間。當妖，=路母線路… 據此種構成，可節省 又疋於該位置。根 早一者即P由；^6 母線路亦以 說明之部八# ^電軋糸統的相點僅為以上 對二編成與圖6所示之電氣系統相同，因此 :成物附記相同參照符號’並省略其說明。 :照圖8針對上述運轉控制之效果作說明。 化。，二4係表示負載斷路時燃氣渦輪機2之負载的變 表二=時間’縱轴表示燃氣渦輪機之負綱，議 圖 矣載。至負載斷路前係以職額定負載運轉(以 "不）’負載斷路後即以階梯狀降低至上述馬達9 亦表厂毛動力部分之負載（例如’為3〇%)的Μ點。為供比較’ '、义=在未由發電機供電至燃料氣體壓縮機用馬達之型式 之燃氣渴輪機係Μ梯狀降低至G%之A2點。 ' ()係表不伴隨負載斷路所產生之燃氣 轉速上升、及拉恢之 ^ 77及糟由流量控制閥10等入熱量控制（表示於圖 (8C))來抑制該轉速上升時之燃氣渦輪機2的轉速變化。橫 、〃寸間’以與上述圖8(a)及後述圖（8c)對應，縱轴係 以百刀率表不額定負載運轉時之額定轉速Nrat.為100%時 之轉速比例。 21 200905068 圖8(b)中之曲線b 1係表示未抑制負載斷路後之燃氣 渦輪機2的轉速上升而超過容許最大轉速（額定轉速之 110%之值）Nmax.的情況。為供比較，曲線B2係例示在未 由發電機供電至燃料氣體壓縮機用馬達之型式的燃氣渦 機，未抑制負載斷路後之轉速上升而超過容許最大轉速（額 定轉速之110%之值）Nmax_的情況。相對於同一入熱量， 本實施形態之燃氣渦輪機2的轉速（B1)係低於比較例的轉 速（B2)。此係因燃料氣體壓縮機用馬達9之消耗動力以負 載方式存在。曲線B3係' 表示在本實施形態之燃氣渦輪機 2，負載斷路時按照後述圖（8c)之燃料流量減少曲線c 1抑 制時的轉速變化。 圖（8c)係表示燃氣渦輪機2之負載斷路時，用以抑制 燃氣渦輪機2之轉速上升之流量控制閥1〇的開度變化。 橫軸表示時間，以與上述圖8⑷及後述圖⑽）對應。縱轴 雖表示流量控_ 10之開度(%)，但亦可視為燃料流量。 圖8(c)中實線之曲線C1係發生負載斷路時，為減少 燃氣渴輪機入熱量所須之關閥曲線’亦為燃料流量（減幻 曲線，以使燃氣渦輪機2之轉速不會超過容許最大值Nmax. (圖8(b))。另一方面，為供比較，一點鏈線所示之曲線c2， 係例示在未由發電機供電至燃料氣體壓縮機用馬達之型式 的燃氣渦輪機，為使燃氣渦輪機2之轉逮不會超過容許最 大值Nmax·(圖8(b))，所須之關閥曲線。 截至負載斷路前，係以流量控制閥1 〇之額定開度 (100%)urat. 1即能以該燃氣渴輪機2之額定入熱量的燃 22 200905068 料流量（額定燃料流量）Qrat·來運轉。負載斷路後，使控制 閥ίο以不低於小開度（稱為所須最小開度）1;_•的方式滅 少開度，該小開度係能使燃料流量維持燃氣渦輪機之無負 載額定轉速的所須最小流量（Qmin )。所須最小開度umin , 係為確保不至燃燒器3《失火限度之所須最小人熱量所設 定的燃料流量。然而，本實施形態之發電系統1中，由於 負載斷路後馬彡9之消耗動力亦以負載方式存在，因此相 對於所須最小開度Umin.可設於具有餘裕之開度（參照曲線 C1與Umin.之差）。另一方面，在未由發電機供電至燃料 氣體壓縮機用馬達之型式的燃氣渦輪機，則必須使流量控 制閥之開度接近於所須最小開度Umin.(參照曲線c2)。 由此等燃料流量減少曲線（C1、C2)之比較可知，本實 施形態之發電系統丨中，無須將流量控制閥1〇之開度縮 小至比較例系統的程度。此係因燃料氣體壓縮機用馬達9 之消耗動力以負載方式存在，而須要相當量之燃料。換言 之，意指本實施形態之燃氣渦輪機發電系統】中，當控制 負載斷路時之燃氣渦輪機2 _速時，㈣於燃丈堯器' 3之 失火限度，可進行具有餘裕之流量控制閥的控制。 以上，如圖8⑷至圖8(c)所示，因負载斷路燃氣渦輪 機2之負載由W 8⑷中之100%的A〇點以階梯狀降低至㈣ 的點時，本實施形態之系統控制U Μ，為抑制㈣ 渦輪機2之轉速急速上升，係將流量控制閥ι〇之開度設 在大於於所須最小開度Umin·之具有餘裕的開度(圖二: 曲線cn。如此，即可減少對燃氣渦輪機2之入熱量，直 23 200905068 結果，由負載解列且轉速開始急速上升之燃氣渦輪機，藉 由降低入熱量之結果的制動效應，便可防止超過容許最^ 轉速Nmax. ’並減速至額定轉速Nrat.附近（圖8(b)之曲線 B3)。 ' 糸統控制裝置7C . — ^ /V*»\ /1 口J JKfa 可使用例如習知公知之不均衡動力負載檢測的方^。當 然，不限定於此種方法。若可能亦可由燃氣渦輪機之轉: 訊號、燃料氣體壓縮機之出口壓力訊號、及來自 器之斷路訊號等以檢測負载急降。 、 …此外’於檢測出負載急降後，當系統控制裝置7 〇控制 流！控制閥10之關閥動作時，能以額定轉速N加為目標 值，來回授控制實際之燃氣渦輪機轉速。此外，亦可回二 控制其他燃氣渦輪機運轉狀態量。又，亦可模擬將燃氣^ 輪機由額定負載運轉轉變成負載急降後之情況模式化後之 =的關闊控制。將由該模擬結果得到之與負載急降時 制閥的開度等相關資料，預設於系統控制裳置70。此 夕’亦可在實際負載急降時選擇預設資料來執行。又 可將經過實際作業運轉得到 ’、 眘祖w 卞判之貫際貝枓（包含負載斷路時之 / 部分或全部模擬資料置換使用。亦即，亦可 -際運轉資料以修正模擬結果之預設資料來使用。 存二Ή統控制裝置7°裝備有CPU1 CPU係儲 仃上述控制所須之運算處理的程式 進行依，昭暫日车褚券沒六士 X頂叹貝科’並 上迷私式的運算處理。 4 24 200905068 系統控制裝置70，如上述般係控制燃氣渦輪機運轉之 全部動作。亦即，系統控制裝置70管理啟動（包含啟動準 備 π除、點火、同步投入、冷啟動、及暖啟動）、額定負 載轉轉、部分負載轉轉、停止、冷卻、及負載斷路等各運 轉模式。 ^以上說明之實施形態中，雖例示僅藉由燃氣渦輪機發 包之系、、先，但並不限定於此種構成。例如，即使是將蒸氣 °輪执與燃氣渦輪機亦一起在同軸上連接於發電機的複合 發電系統亦可。因可沿用習知燃燒高熱值氣體之燃氣渦輪 機發電系統的機器配置。 以上5兄明之實施形態中，雖例示BFG(高爐氣體）作為 所使用之低熱值副產氣體，但並不限定於此。低熱值氣體， 係包含輕爐氣體（LDG)或直接還原鐵法產生之副產氣體 (fi^ex氣體或c〇REX氣體）、熔融還原煉鋼法產生之副 產乳體。再者，煉鋼領域以外之低熱值氣體，係包含煤炭 層所含之煤炭層氣體（c〇G)、在GTL(Gas—t〇_Liquid)製 私產生之尾氣（Tail gas)、伴隨自油砂提煉油製程產生之副 ，氣體、因垃圾熱分解產生之氣體、纟包含廚餘之一般廢 讀的掩埋地於發酵、分解過程產生之可燃甲烧氣體（掩埋 =體）、及使其他類似原料產生化學反應伴隨產生之副產氣 體等低熱值氣體。當然，本來就包含單獨之上述氣體，亦 包含混合複數種不同氣體而成之氣體。 又，本發明並不限定於前述實施形態，在$逸脫本發 明主旨之範圍β，可變更、追加、或刪除該構成。 25 200905068 漏：=氣渴輪機發電系⑨，由於以由連接於燃氣 Γ: 機對燃料氣體㈣機之馬達供電的方式： 成，由於在負裁各机技屯旧々巧耩 度，因此易於：、牛夺負載不會大幅降低至習知技術之程 二 」工制其後燃氣渦輪機之轉速。因此，適合於 ,"J規疋負載斷路測試之燃氣渦輪機發電設備。' 【圖式簡單說明】 —一 w係概略表示包含本發明之燃氣渦輪機發電系統之 —貫:形態之燃氣渴輪機發電系統之m統圖。 圖%係表示本發明之燃氣渦輪機發電系統之電氣系統 之-例的系統圖，並表示運轉開始前的狀態。 圖3係圖2之系統圖，表示該燃氣渴輪機發電系統的 通常運轉狀態。 圖4係圖2之系統圖，表示該燃氣渦輪機發電系統之 負載斷路時的狀態。 圖5係表示本發明之燃氣渦輪機發電系統之電氣系統 之另一例的系統圖，並表示運轉開始前的狀態。 圖6係圖5之系統圖，表示該燃氣渦輪機發電系統的 通常運轉狀態。 圖7係圖5之***圖，表示該燃氣渦輪機發電系統之 負載斷路時的狀態。 圖8(a)係表示燃氣渦輪機在負載斷路時之負載變化的 曲線圖，圖8(b)係表示於負載斷路藉由燃氣渦輪機入熱量 控制所產生之燃氣渦輪機轉速變化的曲線圖，圖8(c)係表 26 200905068 不對應於負載斷路所控制之流量控制閥開度變化的曲線 ® 9係表示具備習知燃燒低熱值氣體之燃氣滿輪 發電系統之一例的系統圖。 氣體之燃氣滿輪機之 氣體之燃氣渦輪機之 之燃氣渦輪機之發電 圖1 〇係表示具備習知燃燒低熱值 發電系統之另一例的系統圖。 圖11係表示具備習知燃燒低熱值 ^電系統之另一例的系統圖。 圖12係表示具備習知燃燒天然氣 二、、先之一例的系統圖。 _ 1 3係表7F具備s知燃燒天然氣之燃氣渦輪機 % ^ ^〈發電 *統之另一例的系統圖。 【主要元件符號說明】 1 燃氣渴輪機發電系統 2 燃氣渦輪機 3 燃燒器 4 燃料氣體供應配管 5 燃料氣體壓縮機 6 空氣壓縮機 7 發電機 8 變壓器 9 (燃料氣體壓縮機驅動用）馬達 1 〇 流量控制閥 27 200905068 11 第一母線路 12 第二母線路 13 發電機母線路 14a 〜14e 斷路器 14f 斷路器 15 啟動裝置 16 第一驅動用供電線路 17 第二驅動用供電線路 18 啟動裝置 70 系統控制裝置 S 氣體產生源 101 發電系統 102 發電系統 103 發電系統 104 燃氣渦輪機 105 蒸氣渦輪機 106 燃料氣體壓縮機 107 空氣壓縮機 108 燃燒器 109 發電機 no 旋轉驅動轴 111 變速齒輪 112 壓縮空氣供應配管 113 燃料氣體供應配管 28 200905068 114 流量控制閥 115 發電系統 116 發電系統 ί 29