JPH0615824B2 - ガスタービン燃料制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発電用又は機械駆動用ガスタービンの燃料制
御装置に係り、特に燃焼器の失火防止に好適なガスター
ビン燃料制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のガスタービン燃料制御装置は、その制御を大別す
ると、起動制御、排気温度制御、加速度制御、速度・負
荷制御に分かれる。

起動制御は、定められた起動パターンに従って燃料量を
制御し、ガスタービンを自動的に昇速させる。

排気温度制御は、高温部の材料の寿命管理のため、排気
温度及び起動時の排気温度の変化率を制限する。

加速度制御は、起動時の加速度を制御する。

、速度・負荷制御は、定格速度と実際のガスタービン速
度の偏差の量に応じて、設定された速度調定率によっ
て、ガスタービン出力を制御する。

ガスタービン燃料制御装置は前記制御を行う各制御部か
らの制御信号を運転状態に応じて最適な信号を選択する
回路を有し、その回路を介して燃料制御指令を出力する
制御系統となっている。

一方、近年、ガスタービンの排出窒素酸化物（以下ＮＯ
ｘと称する）濃度を低減する目的で、マルチノズル方式
燃焼器が用いられ、２段又は、複数段燃焼方式が用いら
れるようになってきた。

マルチノズル方式燃焼器の制御装置として関連するもの
は、例えば特開昭６１−２４１４２５号公報が挙げられ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ＮＯｘを低減する目的で、マルチノズ
ル方式燃焼器を使用した複数段燃焼方式が用いられる
が、複数段燃焼方式であると、燃焼器の失火防止の為、
最低燃料流量を確保する必要がある。

しかし、従来の燃料制御装置は、大気温度に対応してこ
の流量を確保する制御方式を考慮していないという問題
がある。

本発明の目的は、複数段燃焼方式を使用した燃焼器の失
火を防止するガスタービン燃料制御装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のガスタービンの燃
料制御装置は、ガスタービンの複数段燃焼方式燃焼器へ
の燃料流量の上下限を制限する上下限制限器を備えたガ
スタービンの燃料制御装置において、大気温度を測定し
て大気温度信号を出力する温度測定手段と、この大気温
度信号を入力して燃料流量の下限値を演算し下限値補正
値信号を出力する関数発生器と、この関数発生器の信号
を、ガスタービン負荷が所定の値に上昇した時に起動制
御から切り替えて、上下限制限器に出力する切替器とを
備えたものである。

〔作用〕

ガスタービンの負荷と燃料流量と大気温度の関係におい
て、同一負荷であれば燃料流量は大気温度の関数で表さ
れ、大気温度が高いと燃料流量は少なく逆に大気温度が
低いと燃料流量は多くなる。関数発生器は燃焼器が失火
しないために最低限必要な燃料流量に対する前記関数を
設定している。

温度測定手段は大気温度を測定してその大気温度に対応
して大気温度信号を出力し、関数発生器はその大気温度
信号を入力して前記関数に基づき燃料流量の下限値を演
算して下限値補正値信号を出力し、切替器は、関数発生
器の下限値補正値信号を、ガスタービン負荷が所定の値
に上昇した時、すなわち２段目以後の燃焼器に点火して
排ガスのＮＯｘ量の低減を図る時に、上下限制限器に出
力し、上下限制限器はその下限値補正値信号を入力して
その補正値を下限制限値としてガスタービンへの増減負
荷指令に対応する。

〔実施例〕

以下、２段燃焼方式についての本発明の実施例を第１図
〜第４図により説明する。

第１図は、第１実施例としてのガスタービンの燃料制御
ブロック図を示す。

ガスタービン起動中は起動制御部１，排気温度制御部
２，加速度制御部３のいずれかから、運転状態に応じて
最適な制御信号を選択する制御信号選択回路５を介して
出力する燃料制御指令にて、ガスタービンは昇速する。

定格速度に達すると、速度・負荷制御部４の制御信号
が、制御信号選択回路５にて選択されて、ガスタービン
の起動は完了する。

以降、タービンの負荷の上昇，下降は、負荷増指令６，
負荷減指令７にて行われる。

負荷上昇の場合は、負荷増指令６によりアナログメモリ
８からの信号値が増加し、上下限制限器９を経由して負
荷設定値として、速度・負荷制御部４に入力し、燃料制
御指令が増加して、タービンの負荷は上昇する。負荷増
指令に対するある割合の規定の負荷に達したとき、２段
目の燃焼器に点火し、排ガスのＮＯｘ量の低減を図る。

負荷降下の場合は、負荷減指令７によりアナログメモリ
８からの信号値が減少し、上下限制限器９を経由して、
負荷設定値として、速度・負荷制御部４に入力し、燃料
制御指令が減少してタービンの負荷は降下する。

ここで２段目の燃焼器が失火しない規定の最低燃料流量
を確保するため、大気温度計１４の大気温度信号によ
り、関数発生器１０は温度補正した燃焼流量制限値ｂを
算出して補正値信号を出力し、この補正値信号と、無負
荷を条件に運転する起動／停止過程の負荷制限値を設定
する信号発生器１１からの信号ａとを切替器１２に入力
し、起動／停止過程の条件で切替えて燃料流量制限値ｂ
を上下限制限器９の下限制限値として入力することで、
上下限制限器９の負荷設定値は、規定の最低流量を確保
するように制限できる。

又、負荷上限制限値を設定する信号発生器１３の信号
は、上下限制限器９の上限設定値として入力し、負荷設
定値の上限を制限する。

第２図に、大気温度をパラメータとしたガスタービンの
負荷と燃料流量の関係を示す。

第２図によれば、同一負荷において、大気温度が高い方
が、必要とする燃料流量が少なく、大気温度が低い方が
その燃料流量が多いことがわかる。

第３図に、第２図に示す２段目の燃焼器が失火しないた
めの最低負荷２０をパラメータとした、大気温度と燃料
流量の関係を示す。

第３図に示す曲線ａを第１図に示す関数発生器１０に
て、設定しており、それで最低燃料流量制限値を算出す
ることで、大気温度の変化による影響を補正することが
できる。

この第１実施例のタービン燃料制御装置によれば、関数
発生器により燃焼器が失火しない最低燃料流量を大気温
度に対して補正し燃料制御指令を出すので、燃焼器の失
火を防止できる。

この第１実施例のタービン燃料制御装置をガスタービ
ン，蒸気タービン，排熱回収ボイラから成る複合サイク
ル発電プラントに適用した場合、以下の効果がある。

すなわち、複合サイクル発電プラントの負荷を降下させ
る場合、その負荷設定が最終的にはガスタービンに対し
て前記最低燃料流量制限値以上になる設定であったとし
ても、負荷降下時、過渡的には排熱回収ボイラの応答遅
れによる蒸気タービンの負荷応答遅れがあるため、この
遅れを補なうように、ガスタービンに対して最低燃料流
量制限値以下となる負荷の減指令が上位制御装置より、
発せられることがある。しかし、このような場合でも、
本実施のタービンの燃料制限装置によれば、前記負荷の
減指令に対し下限制限値を設定しているた、負荷設定値
は、最低燃料流量以下の設定とはならず、燃焼器の失火
が防止できる。

第４図は本発明の第２実施例を示す図である。前記第１
実施例では増指令６又は減指令７に対し最低燃料流量を
規制しているが、第２実施例では制御信号選択回路５か
らの燃料制御指令に対し最低燃料流量を規制している。
そのため回路構成は若干異なるが、最低燃料流量の規制
に関しては実際上第１実施例と全く同じである。従って
第１実施例と同じ部分の説明は省略し、回路構成の相違
する部分についてのみ説明する。

まず第１の相違点として、上下限制限器９にその下限設
定値として起動／停止過程の負荷制限値を設定する信号
発生器１１を直接接続していることである。第２の相違
として、制御信号選択回路５の出力側に新たに上下限制
限器１６を設けており、その上下限制限器１６の下限制
限値として、次に説明する切替器１２の信号を設定して
いることである。すなわち、大気温度計１４からの大気
温度信号により関数発生器１０は温度補正した燃料流量
制限値を算出して補正値信号を出力し、その補正値信号
と信号発生器１５からの信号を切換器１２に入力して、
切換器１５からの信号が上下限設定器１６に入力してい
る。

増指令６又は減指令７によるタービンの負荷の上昇又は
降下の場合、信号発生器１５の設定は、零とし、切替器
１２の切替条件として起動／停止過程の条件を用い、起
動／停止過程中の場合は信号発生器１５の起動停止信号
ａを選択する。この切替器１２の出力を最低燃料流量制
限値として、燃料制御指令を制限する上下限器１６に入
力することで、燃料流量指令は、最低燃料流量を確保す
ることになる。

第２実施例によれば、最低燃料流量制限値は実際上速度
・負荷制御においてのみ有効となるので、回路構成が相
違するものの、結局第１実施例と全く同じ燃料制限を行
うことになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、関数発生器により大気温度に応じて燃
焼器が失火しない最低燃料流量を補正してガスタービン
への負荷減指令に対応する上下限制限器の下限制限値を
設定するので、温度が変化してもまた負荷減指令が前記
最低燃料流量を下回ったとしても燃焼器の失火を防止で
き、排ガスのＮＯｘ低減を図ることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の制御ブロック図、第２図は大気温
度をパラメータとしたガスタービンの負荷／燃料流量カ
ーブ、第３図は燃焼器の失火防止に対する大気温度／燃
料流量カーブ、第４図は第２実施例の制御ブロック図で
ある。 ６…負荷増指令、７…負荷減指令、 ９…上下限制限器、１０…関数発生器、 １４…大気温度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの複数段燃焼方式燃焼器への
   燃料流量の上下限値を制限する上下限制御器を備えたガ
   スタービン燃料制御装置において、大気温度を計測して
   大気温度信号を出力する温度測定手段と、該大気温度信
   号を入力して前記燃料流量の下限値を演算し下限値補正
   値信号を出力する関数発生器と、該関数発生器の信号
   を、ガスタービン負荷が所定の値に上昇した時に起動制
   御から切り替えて、前記上下限制限器に出力する切替器
   とを設けたことを特徴とするガスタービン燃料制御装
   置。