KR101574040B1

KR101574040B1 - 연료 공급 장치, 연료 유량 제어 장치, 및 가스 터빈 발전 플랜트

Info

Publication number: KR101574040B1
Application number: KR1020147018481A
Authority: KR
Inventors: 쇼이치 하라다
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: DE112012005659T5; JP5743117B2; JPWO2013105406A1; DE112012005659B4; WO2013105406A1; CN104040149B; CN104040149A; KR20140096186A; US20130180250A1; US9441545B2

Abstract

가스 터빈에 있어서의 부하의 변동에 대한 응답성의 향상을 도모함과 함께, 그 제조를 용이하게 하여 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 연료 공급 장치 및 가스 터빈 발전 플랜트를 제공한다. 연료 공급 계통을 흐르는 연료의 유량을 조절하는 복수의 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)와, 적어도, 연료의 흐름에 대한 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)보다 상류측의 연료 압력, 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 서로 다른 종류의 연료 노즐 중 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부(21)와, 필요 유량 계수에 기초하여, 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부(23)가 설치되어 있다.

Description

연료 공급 장치, 연료 유량 제어 장치, 및 가스 터빈 발전 플랜트 {FUEL SUPPLY DEVICE, FUEL FLOW VOLUME CONTROL DEVICE, AND GAS TURBINE ELECTRICITY GENERATION PLANT}

본 발명은, 연료 공급 장치, 연료 유량 제어 장치 및 가스 터빈 발전 플랜트에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 터빈에는, 압축기나, 연소기나, 터빈부 등이 주로 설치되어 있다.

그 중 연소기로서는, 고부하시에 있어서의 NOx 배출량의 저감과, 저부하시에 있어서의 연소 안정성을 도모하기 위해, 복수 종류의 연료 노즐을 구비한 것, 예를 들어 DLN(Dry Low NOx) 연소기 등이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

상술한 연소기로서는, 예혼합 연소용의 메인 노즐과, 확산 연소용의 파일럿 노즐을 구비한 것이나, 이것에 더하여, 가일층의 NOx 배출량의 저감을 목적으로 한 예혼합 연소용의 톱 햇 노즐을 구비한 것이 알려져 있다.

가스 터빈에는 또한, 연소기에 연료를 공급하는 연료 계통이 설치되어 있고, 당해 연료 계통은, 상술한 메인 노즐이나 파일럿 노즐 등, 각종 연료 노즐에 대해 독립적으로 연료를 공급하도록 구성되어 있다. 한편, 상술한 연료 계통에는, 메인 노즐 등에 대해 공급되는 연료의 압력이나, 유량을 조절하는 각종 조정 밸브가 배치되어 있다.

상술한 특허문헌 1에는, 각종 연료 노즐에 연료를 공급하는 각 연료 계통에 대해 연료 흐름의 상류측으로부터 차례로, 압력 조정 밸브, 유량 조정 밸브 및 메인 노즐 등이 나란히 배치된 실시예가 기재되어 있다.

여기서, 압력 조정 밸브는, 유량 조정 밸브 차압, 즉, 유량 조정 밸브의 상류측에 있어서의 연료의 압력과 하류측에 있어서의 연료의 압력과의 차를 일정하게 유지하는 작용을 하는 것이고, 유량 조정 밸브는, 하류측에 배치된 메인 노즐 등에 공급되는 연료의 유량을 조절하는 것이다.

유량 조정 밸브는 차압이 일정한 조건하에서 제어되고, 연료의 유량은, 유량 조정 밸브의 유량 계수(Cv값)에 기초하는 연산에 의해 결정되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 발명의 경우, 유량 조정 밸브에 있어서의 연료의 흐름은, 항상, 비초크 플로우 영역으로 되어 있다. 그로 인해, Cv값의 연산에 사용되는 압력항은, 유량 조정 밸브의 하류측 압력의 함수로서 나타내어지게 된다.

여기서, 비초크 플로우 영역이라 함은, 유량 조정 밸브의 출구(하류측)에 있어서의 연료의 압력 Pout와, 입구(상류측)에 있어서의 연료의 압력 Pin이, 이하의 관계를 만족시키는 영역을 말한다.

구체적으로는, 각 압력 조정 밸브는, 각각의 연료 계통에 설치된 유량 조정 밸브에 있어서의 차압을 일정하게 유지하도록 제어된다. 한편, 유량 조정 밸브는, 차압이 일정한 조건하에서, 실측된 유량 조정 밸브 하류측의 연료 압력과 온도 및 외부로부터 입력된 메인 노즐 등에 공급해야 할 연료 유량으로부터 산출된 밸브 개방도에 기초하여 제어된다.

일본 특허 공개 제2007-77867호 공보

상술한 특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 유량 조정 밸브 차압보다도, 압력 조정 밸브 차압(즉, 압력 조정 밸브의 상류측에 있어서의 연료의 압력과 하류측에 있어서의 연료의 압력과의 차)이 크게 되어 있다. 그로 인해, 연료 계통 전체의 응답성은, 압력 조정 밸브의 응답성에 의존하게 된다.

압력 조정 밸브는, 헌팅 등의 문제를 발생할 우려가 있으므로, 응답성을 빠르게 하는 것에도 한계가 있다. 그로 인해, 연료 계통 전체에 있어서의 응답성의 향상은, 압력 조정 밸브의 응답성에 의해 제한된다고 하는 문제가 있었다.

한편, 복수의 연료 계통이 설치되고, 또한 각 연료 계통에 압력 조정 밸브 및 유량 조정 밸브가 설치되어 있으므로, 필요한 밸브의 수가 많아져, 제조 비용이 든다고 하는 문제가 있었다. 또한, 많은 밸브를 배치할 필요가 있으므로, 연료 계통의 배치 공간의 확보가 곤란해짐과 함께, 소형화를 도모하는 것이 곤란해진다고 하는 문제가 있었다.

그 밖에도, 압력 조정 밸브에 의해 유량 조정 밸브 차압을 일정하게 제어하므로, 압력 조정 밸브 상류측의 연료 압력을 소정의 높은 압력으로 유지할 필요가 있다. 특허문헌 1의 발명에서는, 이것을 실현하기 위해 승압 설비를 가스 터빈 발전 플랜트에 설치할 필요가 있어, 제조 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 가스 터빈에 있어서의 부하의 변동에 대한 응답성의 향상을 도모함과 함께, 그 제조를 용이하게 하여 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 연료 공급 장치, 연료 유량 제어 장치 및 가스 터빈 발전 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.

본 발명의 제1 형태에 관한 연료 공급 장치는, 가스 터빈의 연소기에 설치된 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 제어하는 연료 공급 장치이며, 상기 연료 노즐에 대해 연료를 공급하는 연료 공급 계통에 설치되고, 상기 연료 공급 계통을 흐르는 연료의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브와, 적어도, 상기 연료의 흐름에 대한 상기 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력, 상기 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 상기 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 상기 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부와, 상기 필요 유량 계수에 기초하여, 상기 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부가 설치되어 있다.

본 발명의 제2 형태에 관한 연료 유량 제어 장치는, 가스 터빈의 연소기에 설치된 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 제어하는 연료 유량 제어 장치이며, 적어도, 상기 연료의 흐름에 대한 상기 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 조절하는 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력, 상기 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 상기 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 상기 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부와, 상기 필요 유량 계수에 기초하여, 상기 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부가 설치되어 있다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 의하면, 연료 노즐에 공급되는 연료의 유량은, 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어함으로써 조절된다. 그로 인해, 상기 제1 형태의 연료 공급 장치 및 제2 형태의 연료 유량 제어 장치는, 특허문헌 1에 기재된 발명과 비교하여, 연료 노즐에 공급되는 연료의 유량을 변경하는 입력에 대한 응답성이 빨라진다.

구체적으로는, 상술한 연료 유량을 변경하는 입력에 대해, 상기 제1 형태의 연료 공급 장치 및 제2 형태의 연료 유량 제어 장치는, 주로 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어함으로써 대응한다. 즉, 유량 조절 밸브와 비교하여 응답성이 느린 압력 조절 밸브 등을 사용하지 않고 대응할 수 있다.

그로 인해, 상술한 연료 유량을 변경하는 입력에 대해, 압력 조절 밸브 및 유량 조절 밸브를 사용하여 대응하는 특허문헌 1의 발명과 비교하여, 상기 제1 형태의 연료 공급 장치 및 제2 형태의 연료 유량 제어 장치는 빠르게 응답할 수 있다.

한편, 압력 조절 밸브가 설치되어 있지 않으므로, 연료 공급 계통의 각각에 압력 조절 밸브를 설치한 특허문헌 1의 발명과 비교하여, 압력 조절 밸브의 수를 줄일 수 있다. 그로 인해, 상기 제1 형태의 연료 공급 장치의 배치에 필요한 공간이 적어져, 가스 터빈 발전 플랜트에의 배치가 용이해진다.

또한, 압력 조절 밸브에 있어서의 압력 손실을 고려할 필요가 없으므로, 연소기에 공급되는 연료의 압력을, 특허문헌 1의 발명의 경우와 비교하여 낮게 억제할 수 있다.

또한, 유량 조절 밸브에 있어서의 밸브 개방도의 제어에, 상술한 상류측의 연료 압력, 하류측의 압력 등을 이용하여, 초크 영역 및 비초크 영역의 양 영역에서 제어 가능하다.

상기 제1 형태의 연료 공급 장치에는, 상기 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력을 측정하는 압력 측정부가 설치되어 있어도 된다. 또한, 상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 상기 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 상기 상류측의 연료 압력으로서, 측정된 압력이 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 의하면, 측정된 상류측의 연료 압력에 기초하여 필요 유량 계수가 산출된다. 그로 인해, 공급되는 연료의 압력에 변동이 있어도, 변동 후의 연료의 압력에 기초하여 필요 유량 계수가 산출되고, 이 필요 유량 계수에 기초하여 유량 조절 밸브의 밸브 개방도가 제어되게 된다.

상기 제1 형태에 있어서는, 상기 연료 노즐은, 서로 다른 종류의 연료 노즐이며, 상기 서로 다른 종류의 노즐에 대해 각각 독립적으로 연료를 공급하는 복수의 연료 공급 계통에 설치되고, 상기 연료 공급 계통을 흐르는 연료의 유량을 조절하는 복수의 유량 조절 밸브가 설치되어 있어도 된다. 또한, 상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 적어도, 상기 연료의 흐름에 대한 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 조절하는 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력, 상기 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐 중 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 상기 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부와, 상기 필요 유량 계수에 기초하여, 상기 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부가 설치되어 있어도 된다.

여기서, 연료 노즐의 종류가 서로 다르다고 하는 것은, 메인 노즐, 파일럿 노즐 및 톱 햇 노즐 등과 같이, 연료의 공급을 받는 연료 공급 계통이 서로 다른 것을 의미하고 있다.

상기 제1 형태에 있어서는, 상기 연료 공급 계통 전부에 연료를 공급하는 공통 계통에 설치되고, 상기 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력을 소정의 값으로 조절하는 압력 조절부가 설치되어 있어도 된다. 또한, 상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 상기 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 상기 상류측의 연료 압력으로서, 미리 정해진 압력이 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제1 형태에 의하면, 압력 조절부는, 모든 연료 공급 계통에 연료를 공급하는 공통 계통에 배치되어 있으므로, 각각의 연료 공급 계통에 대한 연료 분배 비율의 변화의 영향을 받는 일이 없다. 그로 인해, 압력 조절부에 요구되는 사양의 다양성이 억제되어, 압력 조절부에 있어서의 사양의 공통화를 도모하는 것이 용이해진다.

한편, 압력 조절부는, 유량 조절 밸브에 대해 상류측의 연료 압력을 소정의 값, 예를 들어 일정한 값으로 제어하는 것이므로, 유량 조절 밸브에 있어서의 차압을 일정하게 유지하는 특허문헌 1의 발명의 압력 조절 밸브와 비교하여, 응답성의 요구가 느려, 압력 조절부에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다. 그로 인해, 공통 계통 및 압력 조절부에 공급되는 연료의 압력을, 특허문헌 1의 발명의 경우와 비교하여, 낮게 억제할 수 있다.

또한, 공통 계통에 공급되는 연료의 압력에 변동이 있어도, 압력 조절부에 의해 소정의 값으로 조절된다. 이와 같이, 유량 조절 밸브에 유입되는 연료의 압력의 변동이 억제되므로, 실제의 상류측의 연료 압력과, 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 미리 정해진 압력 사이의 압력차가 작아진다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 필요 유량 계수의 산출에, 미리 정해진 상류측의 연료 압력을 사용하므로, 실제로 측정된 상류측의 연료 압력을 사용하는 방법과 비교하여, 측정된 연료 압력에 있어서의 변동의 영향을 받는 일 없이 필요 유량 계수를 산출할 수 있다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 상기 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량은, 상기 가스 터빈의 부하에 기초하여 정해지는 상기 연소기에 대해 공급해야 할 전체 연료 유량 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐의 사이의 연료 분배비로부터 산출되고, 상기 상류측의 연료 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 정해지는 압력인 것이 바람직하다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 의하면, 하나의 연료 노즐에 공급해야 할 연료 유량과, 실제로 하나의 연료 노즐에 공급된 연료 유량의 일의성을 확보할 수 있다.

예를 들어, 유량 조절 밸브의 상류측에서 실제로 측정된 연료 압력을 사용하여 필요 유량 계수를 산출하면, 과도 상태에 있어서 하나의 연료 노즐에 공급해야 할 연료 유량과, 실제로 하나의 연료 노즐에 공급된 연료 유량 사이의 일의성이 유지되지 않아, 가스 터빈의 제어성이 악화될 우려가 있다.

바꾸어 말하면, 필요 유량 계수의 산출에, 미리 정해진 상류측의 연료 압력을 사용하므로, 실제로 측정된 상류측의 연료 압력을 사용하는 방법과 비교하여, 측정된 연료 압력에 있어서의 변동의 영향을 받는 일 없이 필요 유량 계수를 산출할 수 있다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 상기 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량은, 상기 가스 터빈의 부하에 기초하여 정해지는 상기 연소기에 대해 공급해야 할 전체 연료 유량 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐의 사이의 연료 분배비로부터 산출되고, 상기 하류측의 연료 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 정해지는 압력인 것이 바람직하다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 의하면, 필요 유량 계수의 산출에, 미리 정해진 하류측의 연료 압력을 사용하므로, 실제로 측정된 하류측의 연료 압력을 사용하는 방법과 비교하여, 산출된 필요 유량 계수에 대한 측정된 연료 가스 압력의 변동의 영향을 억제할 수 있다.

또한, 실제로 측정된 하류측의 연료 압력만을 사용하는 방법과 비교하여, 서로 다른 종류의 연료 노즐의 사이에 있어서의 연료의 분배비에 대한 측정된 연료 가스 압력의 영향을 억제할 수 있다.

예를 들어, 서로 다른 종류의 연료 노즐에 대응하는 복수의 실제로 측정된 하류측의 연료 압력 중 적어도 하나가, 측정 장치의 이상 등에 의해 부정확한 연료 압력이었던 경우, 그 부정확한 연료 압력에 기초하여 필요 유량 계수가 산출되게 되어, 서로 다른 종류의 연료 노즐의 사이에 있어서의 연료의 분배비에 영향을 미친다.

그러나, 미리 정해진 하류측의 연료 압력을 사용하여 필요 유량 계수를 산출함으로써, 측정 장치의 이상 등에 의한 영향을 배제할 수 있어, 서로 다른 종류의 연료 노즐의 사이에 있어서의 연료의 분배비에의 영향을 억제할 수 있다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 상기 하류측의 연료 압력은, 연료 노즐이 배치된 차실 내의 압력에 기초하여 산출된 압력이고, 연료 노즐이 배치된 차실 내의 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 미리 정해진 압력인 것이 바람직하다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 의하면, 필요 유량 계수의 산출에, 미리 정해진 차실 내의 압력에 기초하여 산출한 하류측의 연료 압력을 사용하므로, 실제로 측정된 하류측의 연료 압력을 사용하는 방법과 비교하여, 측정된 연료 압력에 있어서의 변동의 영향을 받는 일 없이 필요 유량 계수를 산출할 수 있다.

또한, 미리 정해진 차실 내의 압력을 공통의 파라미터로 하여, 연료 노즐 각각에 대응하는 하류측의 연료 압력을 산출하고, 필요 유량 계수를 산출할 수 있다. 그로 인해, 차실 내의 압력을 사용하지 않는 방법과 비교하여, 연료 노즐의 사이의 연료 분배를 적절하게 행할 수 있다.

한편, 미리 정해진 하류측의 연료 압력을 사용한 경우, 미리 정해진 하류측의 연료 압력과, 실제의 하류측의 연료 압력과의 차압이 커진 경우에, 연료 노즐마다 미리 정해진 하류측의 연료 압력을 변경할 필요가 있어, 그 변경이 곤란해진다. 특히, 가스 터빈 발전 플랜트가 설치된 현지에 있어서의 변경이 곤란해진다.

이에 대해, 미리 정해진 차실 내의 압력에 기초하여 하류측의 연료 압력을 산출하는 방법에서는, 하나의 미리 정해진 차실 내의 압력만을 변경하면 되어, 그 대응이 용이해진다.

또한, 하류측의 연료 압력의 산출 방법으로서는, 상술한 미리 정해진 차실 내의 압력 외에, 하나의 연료 노즐에 있어서의 압력 손실에 기초하여 산출하는 방법이 바람직하다. 또한, 연료 공급 계통에 있어서의 유량 조절 밸브로부터 하나의 연료 노즐까지의 압력 손실에도 기초하여, 하류측의 연료 압력을 산출하는 방법이 보다 바람직하다.

즉, 서로 다른 종류의 연료 노즐 각각에 대응하는 각 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력을 산출하는 경우에, 공통되는 미리 정해진 차실 내의 압력과, 서로 다른 종류의 연료 노즐 각각에 대응하는 압력 손실에 기초하여 상술한 서로 다른 종류의 연료 노즐 각각에 대응하는 하류측의 연료 압력을 산출할 수 있다.

또한, 연료 공급 계통에 있어서의 유량 조절 밸브로부터 하나의 연료 노즐까지의 압력 손실에 기초함으로써, 상술한 서로 다른 종류의 연료 노즐 각각에 대응하는 하류측의 연료 압력을, 보다 정확하게 산출할 수 있다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 있어서는, 상기 산출부에 있어서 산출된 상기 필요 유량 계수를, 적어도, 상기 차실 내의 압력의 실측값에 기초하여 보정하는 보정부가, 더 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제1 형태 및 제2 형태에 의하면, 산출부에 의해 산출된 필요 유량 계수에 포함되는 편차를, 차실 내의 압력의 실측값에 의해 보정할 수 있다.

구체적으로는, 필요 유량 계수의 산출에 사용된 차실 내의 압력에, 오차나 편차 등이 포함되어 있었던 것에 의해, 산출된 필요 유량 계수에 포함되게 된 편차를 보정할 수 있다.

본 발명의 제3 형태에 관한 가스 터빈 발전 플랜트는, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축된 공기 및 연료의 혼합기(混合氣)를 연소시켜 고온의 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스로부터 회전 구동력을 추출하는 터빈부와, 상기 연소기에 상기 연료를 공급하는 상기 제1 형태 중 어느 하나의 연료 공급 장치가 설치되어 있다.

상기 제3 형태에 의하면, 상기 제1 형태의 연료 공급 장치가 설치되어 있으므로, 연료 노즐의 각각에 공급되는 연료의 유량을 변경하는 입력에 대한 응답성이 빨라진다.

또한, 상기 제1 형태의 연료 공급 장치를 가스 터빈 발전 플랜트에 배치하기 쉬워진다.

본 발명의 연료 공급 장치, 연료 유량 제어 장치 및 가스 터빈 발전 플랜트에 의하면, 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어함으로써, 연료 노즐에 공급되는 연료의 유량이 조절되므로, 응답성의 향상을 도모할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

한편, 압력 조절 밸브가 설치되어 있지 않으므로, 연료 공급 장치를 소형화할 수 있음과 함께, 연료 공급 장치의 가스 터빈 발전 플랜트에의 배치가 용이해지고, 가스 터빈 발전 플랜트의 제조가 용이해져, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 압력 조절 밸브에 있어서의 압력 손실을 고려할 필요가 없거나, 또는 압력 손실이 작으므로, 연소기에 공급되는 연료의 압력을 낮게 억제할 수 있다. 그로 인해, 연료를 공급하는 설비에 요구되는 성능을 억제할 수 있으므로, 가스 터빈 발전 플랜트의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가스 터빈 발전 플랜트의 구성의 개략을 설명하는 모식도이다.
도 2는 도 1의 연료 공급부 및 연소기에 있어서의 연료 가스의 흐름을 설명하는 모식도이다.
도 3은 도 2의 제어 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 3의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 도 3의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 로직을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 3의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 로직을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 3의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 로직을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 3의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 로직을 설명하는 도면이다.
도 9는 CSO와 연료 유량 지령값 Gf의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 10은 CSO와 차실 내 압력의 설정의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 11은 IGV의 각도 α와 제1 보정값의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 12는 대기의 온도 Ta와 제2 보정값의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가스 터빈 발전 플랜트에 있어서의 연료 공급부 및 연소기에 있어서의 연료 가스의 흐름을 설명하는 모식도이다.
도 14는 도 13의 제어 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 15는 도 13의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 16은 가스 터빈 부하에 대한 각 부에 있어서의 연료 가스 압력의 변화를 설명하는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 관한 가스 터빈 발전 플랜트에 있어서의 연료 공급부 및 연소기에 있어서의 연료 가스의 흐름을 설명하는 모식도이다.
도 18은 도 17의 제어 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 19는 도 17의 제어 장치에 의한 제어를 설명하는 흐름도이다.
도 20은 도 17의 제어 장치에 있어서의 제어 로직의 일부를 설명하는 도면이다.
도 21은 도 17의 제어 장치에 있어서의 제어 로직의 일부를 설명하는 도면이다.
도 22는 도 17의 제어 장치에 있어서의 제어 로직의 일부를 설명하는 도면이다.

〔제1 실시 형태〕

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 가스 터빈 발전 플랜트의 구성의 개략을 설명하는 모식도이다.

여기서는, 본 실시 형태에 있어서의 가스 터빈 발전 플랜트(1)를, 기체의 연료 가스를 연료로서 사용하는 것이며, 예를 들어 발전 설비 등에 있어서 발전기를 회전 구동시켜 발전을 행하는 가스 터빈 발전 플랜트에 적용하여 설명한다.

가스 터빈 발전 플랜트(1)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(2)와, 연소기(3)와, 터빈부(4)와, 연료 공급부(연료 공급 장치)(5)와, 발전기(6)가 주로 설치되어 있다.

압축기(2)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 외부의 공기인 대기를 흡입하여 압축하고, 압축된 공기를 연소기(3)에 공급하는 것이다.

또한, 압축기(2)로서는, 공지의 구성을 사용할 수 있고, 특별히 그 구성을 한정하는 것은 아니다.

연소기(3)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(2)에 의해 압축된 공기 및 외부로부터 공급된 연료 가스를 혼합시키고, 혼합된 혼합기를 연소시킴으로써, 고온의 연소 가스를 생성하는 것이다.

터빈부(4)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)에 의해 생성된 고온 가스의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시키고, 발생한 회전 구동력을 회전축(7)에 전달하는 것이다.

또한, 터빈부(4)로서는, 공지의 구성을 사용할 수 있고, 특별히 그 구성을 한정하는 것은 아니다.

발전기(6)는, 터빈부(4)로부터 전달된 회전 구동력을 사용하여 발전을 행하는 것이다.

또한, 발전기(6)로서는, 공지의 구성을 사용할 수 있고, 특별히 그 구성을 한정하는 것은 아니다.

도 2는 도 1의 연료 공급부 및 연소기에 있어서의 연료 가스의 흐름을 설명하는 모식도이다.

연료 공급부(5)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)에 연료 가스를 공급하는 것이다. 구체적으로는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)에 설치된 파일럿 노즐(연료 노즐)(11P), 메인 노즐(연료 노즐)(11M) 및 톱 햇 노즐(연료 노즐)(11T)에 연료 가스를 공급하는 것이다.

여기서, 파일럿 노즐(11P)은, 연소의 안정화 등을 도모하는 것을 목적으로 한 확산 연소용 노즐이다. 메인 노즐(11M)은, NOx 저감을 도모하는 것을 목적으로 한 예혼합 연소용 노즐이다.

톱 햇 노즐(11T)은, NOx 저감을 더욱 도모하는 것을 목적으로 한 예혼합 연소용 노즐이다.

또한, 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T)을 구비한 연소기(3)의 구성으로서는, 예를 들어 상술한 특허문헌 1에 개시된 구성 등, 공지의 구성을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

연료 공급부(5)에는, 공통 계통(10C)과, 메인 연료 공급 계통(연료 공급 계통)(10M)과, 파일럿 연료 공급 계통(연료 공급 계통)(10P)과, 톱 햇 연료 공급 계통(연료 공급 계통)(10T)과, 제어 장치(연료 유량 제어 장치)(20)가 주로 설치되어 있다.

공통 계통(10C)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 연료 가스를 공급하는 계통이다.

공통 계통(10C)에 있어서의 한쪽 단부는, 연료 가스를 공급하는 공급부(11C)와 접속되고, 다른 쪽 단부는, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)과 접속되어 있다.

또한, 공통 계통(10C)에는, 연료 가스의 압력을 측정하는 공통 압력 센서(압력 측정부)(12C)와, 연료 가스의 온도를 측정하는 공통 온도 센서(13C)가 설치되어 있다.

공통 압력 센서(12C)는, 연료 가스의 흐름에 대해, 후술하는 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)보다도 상류측의 연료 가스 압력 P1m을 측정하는 것이다.

파일럿 연료 공급 계통(10P)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 파일럿 노즐(11P)에 연료 가스를 공급하는 계통이다.

파일럿 연료 공급 계통(10P)의 한쪽 단부는 공통 계통(10C)에 접속되고, 다른 쪽 단부는 파일럿 노즐(11P)에 연료를 공급하는 파일럿 매니폴드(12P)에 접속되어 있다.

또한, 파일럿 연료 공급 계통(10P)에는, 연료 가스의 유량을 제어하는 파일럿 유량 조절 밸브(유량 조절 밸브)(13P)가 설치되어 있다.

파일럿 유량 조절 밸브(13P)는, 파일럿 노즐(11P)에 공급되는 연료 가스의 유량을 조절하는 밸브이다.

또한, 파일럿 유량 조절 밸브(13P)로서는, 공지의 밸브를 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

파일럿 매니폴드(12P)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 파일럿 연료 공급 계통(10P)으로부터 공급된 연료 가스를, 복수의 파일럿 노즐(11P)에 분배하는 것이다.

파일럿 매니폴드(12P)에는, 파일럿 연료 공급 계통(10P) 및 복수의 파일럿 노즐(11P)과 연료 가스가 유통 가능하게 접속되어 있다.

또한, 파일럿 매니폴드(12P)의 형상으로서는, 공지의 형상을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

메인 연료 공급 계통(10M)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 메인 노즐(11M)에 연료 가스를 공급하는 계통이다.

메인 연료 공급 계통(10M)의 한쪽 단부는 공통 계통(10C)에 접속되고, 다른 쪽 단부는 메인 노즐(11M)에 연료를 공급하는 메인 매니폴드(12M)에 접속되어 있다.

또한, 메인 연료 공급 계통(10M)에는, 연료 가스의 유량을 제어하는 메인 유량 조절 밸브(유량 조절 밸브)(13M)가 설치되어 있다.

메인 유량 조절 밸브(13M)는, 메인 노즐(11M)에 공급되는 연료 가스의 유량을 조절하는 밸브이다.

또한, 메인 유량 조절 밸브(13M)로서는, 공지의 밸브를 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

메인 매니폴드(12M)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 메인 연료 공급 계통(10M)으로부터 공급된 연료 가스를, 복수의 메인 노즐(11M)에 분배하는 것이다.

메인 매니폴드(12M)에는, 메인 연료 공급 계통(10M) 및 복수의 메인 노즐(11M)과 연료 가스가 유통 가능하게 접속되어 있다.

또한, 메인 매니폴드(12M)의 형상으로서는, 공지의 형상을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

톱 햇 연료 공급 계통(10T)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 톱 햇 노즐(11T)에 연료 가스를 공급하는 계통이다.

톱 햇 연료 공급 계통(10T)의 한쪽 단부는 공통 계통(10C)에 접속되고, 다른 쪽 단부는 톱 햇 노즐(11T)에 연료를 공급하는 톱 햇 매니폴드(12T)에 접속되어 있다.

또한, 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에는, 연료 가스의 유량을 제어하는 톱 햇 유량 조절 밸브(유량 조절 밸브)(13T)가 설치되어 있다.

톱 햇 유량 조절 밸브(13T)는, 톱 햇 노즐(11T)에 공급되는 연료 가스의 유량을 조절하는 밸브이다.

또한, 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)로서는, 공지의 밸브를 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

톱 햇 매니폴드(12T)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 톱 햇 연료 공급 계통(10T)으로부터 공급된 연료 가스를, 복수의 톱 햇 노즐(11T)에 분배하는 것이다.

톱 햇 매니폴드(12T)에는, 톱 햇 연료 공급 계통(10T) 및 복수의 톱 햇 노즐(11T)과 연료 가스가 유통 가능하게 접속되어 있다.

또한, 톱 햇 매니폴드(12T)의 형상으로서는, 공지의 형상을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

도 3은 도 2의 제어 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.

제어 장치(20)는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 있어서의 밸브 개방도를 제어하는 것이다.

제어 장치(20)에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 산출부(21)와, 보정부(22)와, 밸브 제어부(23)가 설치되어 있다.

또한, 제어 장치(20)에 있어서의 제어의 상세는 이하에 설명한다.

산출부(21)는, 부하 지령에 기초하여 연료 유량 지령값(이하,「CSO」라 표기함)을 산출함과 함께, 파일럿 연료 유량 지령(이하,「PL_CSO」라 표기함), 메인 연료 유량 지령(이하,「M_CSO」라 표기함), 톱 햇 연료 유량 지령(이하,「TH_CSO」라 표기함)을 산출하는 것이다.

또한, 산출부(21)는 파일럿 유량 조절 밸브(13P)에 관한 필요 유량 계수(이하,「PL_Cv」라 표기함), 메인 유량 조절 밸브(13M)에 관한 필요 유량 계수(이하, 「M_Cv」라 표기함) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 관한 필요 유량 계수(이하,「TH_Cv」라 표기함)를 산출하는 것이다.

보정부(22)는, 산출부에 의해 산출된 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값을 보정하는 것이다.

밸브 제어부(23)는, 보정부(22)로부터 보정된 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값에 기초하여, 각각 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 밸브 개방도(이하,「PL_Lift」라 표기함), 메인 유량 조절 밸브(13M)의 밸브 개방도(이하,「M_Lift」라 표기함), 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)의 밸브 개방도(이하,「TH_Lift」라 표기함)를 산출하는 것이다.

다음으로, 상기한 구성으로 이루어지는 가스 터빈 발전 플랜트(1)에 있어서의 일반적인 운전에 대해 설명하고, 그 후에 제어 장치(20)에 의한 연료 가스의 공급 제어에 대해 설명한다.

가스 터빈 발전 플랜트(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(2)가 회전 구동됨으로써 대기(공기)를 흡입한다. 흡입된 대기는, 압축기(2)에 의해 압축됨과 함께, 연소기(3)를 향해 송출된다.

연소기(3)에 유입된 압축된 공기는, 연소기(3)에 있어서 외부로부터 공급된 연료 가스와 혼합된다. 공기 및 연료 가스의 혼합기는 연소기(3)에 있어서 연소되고, 연소열에 의해 고온의 연소 가스가 생성된다.

연소기(3)에 있어서 생성된 연소 가스는, 연소기(3)로부터 하류의 터빈부(4)에 공급된다. 터빈부(4)는 연소 가스에 의해 회전 구동되고, 그 회전 구동력은 회전축(7)에 전달된다. 회전축(7)은, 터빈부(4)에 있어서 추출된 회전 구동력을 압축기(2)나 발전기(6)에 전달한다.

다음으로, 본 실시 형태의 특징인 제어 장치(20)에 의한 연료 가스의 공급 제어에 대해 도 3 내지 도 6 등을 참조하면서 설명한다.

도 4는, 도 3의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 5 내지 도 8은, 도 3의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 로직을 설명하는 도면이다.

본 실시 형태의 가스 터빈 발전 플랜트(1)에 있어서의 제어 장치(20)에서는, 발전 설비에 있어서의 발전기 출력을 관리하는 중앙 급전 센터로부터 보내져 오는 발전기 출력 지령값에 기초하여, 산출부(21)가 가스 터빈 발전 플랜트(1)의 부하 지령값을 산출한다(스텝 S1). 그리고, 산출부(21)는 부하 지령값에 기초하여 CSO를 설정한다.

산출부(21)는, 그 후, 연료 분배 지령값을 산출한다. 구체적으로는, CSO 및 가스 터빈 입구 연소 가스 온도를 무차원화한 CLCSO에 기초하여, PL_CSO, M_CSO, TH_CSO를 산출한다(스텝 S2).

구체적으로는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 소정의 파일럿비가 얻어지도록 설정된 CSO, CLCSO 및 PL_CSO의 함수 Fx1을 이용하여, PL_CSO가 산출된다.

또한, 소정의 톱 햇비가 얻어지도록 설정된 CSO, CLCSO 및 TH_CSO의 함수 Fx2를 사용하여, TH_CSO가 산출된다.

또한, 이하의 계산식에 기초하여 M_CSO가 산출된다.

그리고, 산출부(21)는, 산출된 PL_CSO, M_CSO, TH_CSO로부터, 각각의 연료 공급 계통(10P, 10M, 10T)에 대한 연료 유량 지령값 PL_Gf, M_Gf, TH_Gf를 산출한다(스텝 S3).

즉, CSO에 대한 비율(％)로 나타내어지는 PL_CSO, M_CSO, TH_CSO로부터, 실제의 연료 유량(kg/s)으로 나타내어지는 연료 유량 지령값이 산출된다.

도 9는, CSO와 연료 유량 지령값 Gf와의 관계를 설명하는 그래프이다.

또한, 도 9에서는, 설명을 용이하게 하기 위해, CSO와 Gf의 관계만을 나타내고 있다.

구체적으로는, 산출부(21)는 도 9에 나타내는 관계에 기초하여 PL_CSO, M_CSO, TH_CSO로부터, 각각의 연료 공급 계통에 요구되는 연료 유량의 지령값 PL_Gf, M_Gf, TH_Gf를 산출한다.

본 실시 형태에서는, 연료 유량 지령값의 산출 방법으로서, 산출부(21)에 미리 기억된 함수 Fx3에 의해 PL_Gf, M_Gf, TH_Gf를 산출하는 예에 적용하여 설명한다.

다음으로, 산출부(21)는 PL_Gf, M_Gf, TH_Gf에 기초하여, 대응하는 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)에 있어서의 필요 유량 계수인 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값을 산출한다(스텝 S4).

여기서는, 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 있어서의 연료 가스의 흐름이 비초크 흐름인 경우에 대해 설명한다.

예를 들어, 파일럿 연료 공급 계통(10P)에 대해 설명하면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 산출부(21)는 PL_Gf, 압력항 및 온도항에 기초하여, PL_Cv의 값을 산출한다.

여기서, 압력항은, 공통 압력 센서(12C)에 의해 측정된 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 상류측의 연료 가스 압력의 실측값 P1m 및 연소기(3)가 내부에 배치되는 차실의 내부 압력인 차실 내 압력의 설정값(미리 정해진 압력) P3에 기초하는 함수이다.

온도항은, 연료 가스 온도의 설정값(미리 정해진 온도) T에 기초하는 함수이다.

차실 내 압력의 설정값 P3은, 가스 터빈 발전 플랜트(1)의 부하 지령값에 기초하여 산출된 CSO, 압축기(2)에 설치된 입구 안내 날개(IGV)의 각도 α 및 압축기(2)에 흡입되는 대기의 온도 Ta에 기초하여, 미리 정해진 관계식을 이용하여 구해진 설정값이다.

도 10은, CSO와 차실 내 압력의 설정의 관계를 설명하는 그래프이다.

구체적으로는, 우선, 도 10의 그래프로 나타내는 CSO와 차실 내 압력의 설정의 관계식에 기초하여, 산출된 CSO에 대한 차실 내 압력의 설정값 P3을 산출한다.

도 11은, IGV의 각도 α와 제1 보정값의 관계를 설명하는 그래프이다.

다음으로, 도 11의 그래프로 나타내는 IGV의 각도 α와 제1 보정값의 관계식에 기초하여, 가스 터빈 발전 플랜트(1)의 운전시에 있어서의 각도 α에 대한 제1 보정값을 산출하고, 산출된 제1 보정값에 기초하여 차실 내 압력의 설정값 P3을 보정한다.

도 12는, 대기의 온도 Ta와 제2 보정값의 관계를 설명하는 그래프이다.

또한, 도 12의 그래프로 나타내는 대기의 온도 Ta와 제2 보정값의 관계식에 기초하여, 압축기(2)에 흡입되는 대기의 온도 Ta 대한 제2 보정값을 산출하고, 산출된 제2 보정값에 기초하여, 차실 내 압력의 설정값 P3을 또한 보정한다.

이와 같이, 보정된 차실 내 압력의 설정값 P3이, 상술한 압력항의 산출에 사용된다.

메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대해서도 마찬가지로, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 산출부(21)에 있어서, M_Cv, TH_Cv의 값이 산출된다.

산출된 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값은 보정부(22)에 입력되고, 보정부(22)에 있어서, PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값의 보정이 행해진다(스텝 S5).

예를 들어, 파일럿 연료 공급 계통(10P)에 대해 설명하면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 보정부(22)는 실제 압력 보정 및 실제 온도 보정에 기초하여, PL_Cv의 값을 보정한다.

여기서, 실제 압력 보정은, 공통 압력 센서(12C)에 의해 측정된 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 상류측의 연료 가스 압력의 실측값 P1m, 그 설정값(미리 정해진 압력) P1, 차실 내 압력의 실측값 P3m, 그 설정값 P3에 기초하는 함수이다.

실제 온도 보정은, 공통 온도 센서(13C)에 의해 측정된 연료 가스 온도의 측정값 t1과, 그 설정값 T에 기초하는 함수이다.

또한, 실제 압력 보정 및 실제 온도 보정은, PL_Cv의 값의 보정에 사용될 때, 필터를 거치는 것도 가능하게 한다.

필터를 거침으로써, 실제 압력 보정이나 실제 온도 보정의 값은, 연료 가스 압력이나 온도의 변화에 대해 1차 지연으로 된다. 그로 인해, 보정 후의 PL_Cv의 값은, 연료 가스 압력이나 온도의 변화에 대한 추종성이 저하되어, 안정된 값으로 된다.

메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대해서도 마찬가지로, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 보정부(22)에 있어서, M_Cv, TH_Cv의 값이 보정된다.

보정 후의 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv는 밸브 제어부(23)에 입력되고, 밸브 제어부(23)에 있어서, 미리 기억된 함수 Fx4에 기초하여, 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 밸브 개방도인 PL_Lift, M_Lift, TH_Lift가 산출된다(스텝 S6).

예를 들어, 파일럿 연료 공급 계통(10P)에 대해 설명하면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 밸브 제어부(23)는 PL_Cv의 값 및 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 특성에 기초하여, PL_Lift가 산출된다.

산출된 PL_Lift는, 밸브 제어부(23)로부터 파일럿 유량 조절 밸브(13P)에 출력되고, 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 밸브 개방도가 제어된다.

메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대해서도 마찬가지로, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 밸브 제어부(23)에 있어서, M_Lift 및 TH_Lift의 값이 산출되고, 메인 유량 조절 밸브(13M)의 밸브 개방도 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)의 밸브 개방도가 제어된다.

상기한 구성에 의하면, 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T) 중 하나의 노즐, 예를 들어 파일럿 노즐(11P)에 공급되는 연료의 유량은, 파일럿 노즐(11P)에 대응하는 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 밸브 개방도(PL_Lift)를 제어함으로써 조절된다. 그로 인해, 본 실시 형태의 연료 공급부(5)는 특허문헌 1에 기재된 발명과 비교하여, 파일럿 노즐(11P)에 공급되는 연료의 유량을 변경하는 입력에 대한 응답성이 빨라진다.

구체적으로는, 상술한 연료 유량을 변경하는 입력에 대해, 본 실시 형태의 연료 공급부(5)는 유량 조절 밸브와 비교하여 응답성이 느린 압력 조절 밸브 등을 사용하지 않고 대응할 수 있다.

그로 인해, 상술한 연료 유량을 변경하는 입력에 대해, 압력 조절 밸브 및 유량 조절 밸브를 사용하여 대응하는 특허문헌 1의 발명과 비교하여, 본 실시 형태의 연료 공급부(5)는 빠르게 응답할 수 있다.

한편, 본 실시 형태의 연료 공급부(5)에서는, 압력 조절 밸브가 설치되어 있지 않으므로, 메인 연료 공급 계통(10M), 파일럿 연료 공급 계통(10P) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)의 각각에 압력 조절 밸브를 설치한 특허문헌 1의 발명과 비교하여, 압력 조절 밸브의 수를 줄일 수 있다.

그로 인해, 본 실시 형태의 연료 공급부(5)를 소형화할 수 있어, 배치할 때에 필요한 공간을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 가스 터빈 발전 플랜트(1)에의 연료 공급부(5)의 배치가 용이해지고, 제조가 용이해져 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 압력 조절 밸브에 있어서의 연료 가스의 압력 손실을 고려할 필요가 없으므로, 연소기(3)에 공급되는 연료 가스의 압력을, 특허문헌 1의 발명의 경우와 비교하여 낮게 억제할 수 있다.

그로 인해, 연료 가스를 공급하는 공급부(11C)에 요구되는 승압 능력을 낮게 억제할 수 있어, 연료 공급부(5) 및 가스 터빈 발전 플랜트(1)의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

예를 들어, 파일럿 노즐(11P)에 대응하는 파일럿 유량 조절 밸브(13P)에 있어서의 밸브 개방도(PL_Lift)의 제어에, 상류측에서 측정된 연료 가스 압력 P1m, 설정값 P3 등의 함수인 하류측의 연료 가스 압력을 사용하고 있으므로, 초크 영역 및 비초크 영역의 양 영역에서 제어 가능하다.

한편, 공통 압력 센서(12C)에 의해 측정된 상류측의 연료 가스 압력 P1m에 기초하여 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값이 산출되므로, 공통 계통(10C)에 공급되는 연료 가스의 압력, 바꾸어 말하면, 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)의 상류측에 있어서의 연료 가스의 압력에 변동이 있어도, 변동 후의 연료 가스의 압력에 기초하여 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값이 산출된다. 이 필요 유량 계수에 기초하여 유량 조절 밸브의 밸브 개방도(PL_Lift, M_Lift, TH_Lift)를 제어할 수 있다.

또한, 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값의 산출에, 차실 내 압력의 설정값 P3의 함수인 압력항 및 연료 가스 온도의 설정값 T의 함수인 온도항을 사용하고 있으므로, 실제로 측정된 하류측의 연료 가스 압력만의 함수인 압력항 및 실제로 측정된 연료 가스 온도만의 함수인 온도항을 사용하는 방법과 비교하여, 산출된 필요 유량 계수에 대한 측정된 연료 가스 압력의 변동 영향을 억제할 수 있다.

실제로 측정된 하류측의 연료 가스 압력만을 사용하는 방법과 비교하여, 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T)의 사이에 있어서의 연료의 분배비, 즉, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)의 사이에 있어서의 연료 분배비에 대한 측정된 연료 가스 압력의 영향을 억제할 수 있다.

예를 들어, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대응하는 복수의 실제로 측정된 하류측의 연료 가스 압력 중 적어도 하나가, 측정 장치의 이상 등에 의해 부정확한 연료 가스 압력이었던 경우, 그 부정확한 연료 가스 압력에 기초하여 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값이 산출되게 되어, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)의 사이에 있어서의 연료의 분배비에 영향을 미친다.

그러나, 차실 내 압력의 설정값 P3의 함수인 하류측의 연료 가스 압력을 사용하여 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값을 산출함으로써, 측정 장치의 이상 등에 의한 영향을 배제할 수 있고, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)의 사이에 있어서의 연료 분배비에의 영향을 억제할 수 있다.

또한, 차실 내 압력의 설정값 P3을 공통의 파라미터로 하여, 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T) 각각에 대응하는 하류측의 연료 가스 압력을 산출하여, 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값을 산출할 수 있다. 그로 인해, 차실 내 압력의 설정값 P3을 사용하지 않는 방법과 비교하여, 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T)의 사이에 있어서의 연료의 분배, 즉, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)의 사이에 있어서의 연료 분배를 적절하게 행할 수 있다.

또한, 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T)마다 하류측의 연료 가스 압력의 설정값(서로 다른 설정값)을 사용한 경우, 상술한 하류측의 연료 압력과, 실제의 하류측의 연료 압력의 차압이 커진 경우에, 각각의 하류측의 연료 가스 압력의 설정값을 변경할 필요가 있고, 그 변경이 곤란해진다. 특히, 가스 터빈 발전 플랜트(1)가 설치된 현지에 있어서의 변경이 곤란해진다.

그것에 대해 본 실시 형태의 연료 공급부(5)에서는, 하나의 차실 내 압력의 설정값 P3만을 변경하면 되어, 그 대응이 용이해진다.

보정부(22)가 설치되어 있음으로써, 산출부(21)에 있어서 산출된 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값에 포함되는 편차를, 차실 내 압력의 실측값 P3m 및 연료 가스 온도의 실측값 t를 사용하여 보정할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태와 같이, 산출부(21)에 있어서 산출된 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값을 보정부(22)에 있어서 보정해도 되고, 보정을 행하지 않고, 산출부(21)에 있어서 산출된 필요 유량 계수(PL_Cv, M_Cv, TH_Cv)의 값을 밸브 제어부(23)에 직접 출력해도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

〔제2 실시 형태〕

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도 13 내지 도 16을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태에 있어서의 가스 터빈 발전 플랜트의 기본 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제1 실시 형태와는, 공통 계통에 공통 압력 조절 밸브가 설치되어 있는 점이 다르다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도 13 내지 도 16을 사용하여 공통 계통의 주변만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.

도 13은, 본 실시 형태에 관한 가스 터빈 발전 플랜트에 있어서의 연료 공급부 및 연소기에 있어서의 연료 가스의 흐름을 설명하는 모식도이다.

또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 가스 터빈 발전 플랜트(101)에 있어서의 연료 공급부(105)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)에 연료 가스를 공급하는 것이다. 구체적으로는, 연소기(3)에 설치된 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T)에 연료 가스를 공급하는 것이다.

연료 공급부(105)에는, 공통 계통(110C)과, 메인 연료 공급 계통(10M)과, 파일럿 연료 공급 계통(10P)과, 톱 햇 연료 공급 계통(10T)과, 제어 장치(120)가 주로 설치되어 있다.

공통 계통(110C)은, 도 13에 도시하는 바와 같이, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 연료 가스를 공급하는 계통이다.

공통 계통(110C)에 있어서의 한쪽 단부는, 연료 가스를 공급하는 공급부(11C)와 접속되고, 다른 쪽 단부는, 파일럿 연료 공급 계통(10P), 메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)과 접속되어 있다.

또한, 공통 계통(110C)에는, 연료 가스의 압력을 측정하는 공통 압력 센서(12C)와, 연료 가스의 온도를 측정하는 공통 온도 센서(13C)와, 연료 가스의 압력을 조절하는 공통 압력 조절 밸브(압력 조절부)(114C)가 설치되어 있다.

공통 압력 조절 밸브(114C)는, 연료 가스의 흐름에 대해 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)보다도 상류측의 연료 가스 압력을 소정의 설정값 P1로 조절하는 것이다.

예를 들어, 공통 압력 조절 밸브(114C)는, 공통 압력 센서(12C)에 의해 측정된 연료 가스 압력의 값에 기초하여, 제어 장치(120)에 의해, 상술한 상류측의 연료 가스 압력을 설정값 P1로 하도록 제어되어 있다.

도 14는, 도 13의 제어 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.

제어 장치(120)는, 도 13 및 도 14에 도시하는 바와 같이, 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 있어서의 밸브 개방도를 제어하는 것이다.

제어 장치(120)에는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 산출부(121)와, 보정부(22)와, 밸브 제어부(23)가 설치되어 있다.

또한, 제어 장치(120)에 있어서의 제어의 상세는 이하에 설명한다.

산출부(121)는, 부하 지령에 기초하여 CSO를 산출함과 함께, PL_CSO, M_CSO, TH_CSO를 산출하는 것이다.

또한, 산출부(121)는, PL_Cv, M_Cv 및 TH_Cv를 산출하는 것이다.

다음으로, 본 실시 형태의 특징인 제어 장치(120)에 의한 연료 가스의 공급 제어에 대해 도 15 등을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 가스 터빈 발전 플랜트(101)에 있어서의 일반적인 운전에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

도 15는, 도 13의 제어 장치에 있어서의 연료 가스의 공급 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.

여기서, 제어 장치(120)에 의한 연료 가스의 공급 제어의 특징인 필요 유량 계수인 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값의 산출(스텝 S14)에 대해 설명한다. 즉, 부하 지령값의 산출(스텝 S1)로부터 연료 유량 지령값의 산출(스텝 S3)까지, 필요 유량 계수의 보정(스텝 S5) 및 밸브 개방도의 산출(스텝 S6)은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

예를 들어, 파일럿 연료 공급 계통(10P)에 대해 설명하면 산출부(121)는 PL_Gf, 압력항 및 온도항에 기초하여, PL_Cv의 값을 산출한다.

온도항은, 제1 실시 형태와 마찬가지로 연료 가스 온도의 설정값 T에 기초하는 함수이다.

압력항은, 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 상류측의 연료 가스 압력의 설정값(미리 부여된 압력) P1 및 차실 내 압력의 설정값 P3에 기초하는 함수이다.

연료 가스 압력의 설정값 P1은, 공통 압력 조절 밸브(114C)에 의해 조절되는 연료 가스 압력의 설정값이다.

메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대해서도 마찬가지로, 산출부(121)에 있어서, M_Cv, TH_Cv의 값이 산출된다.

도 16은, 가스 터빈 부하에 대한 각 부에 있어서의 연료 가스 압력의 변화를 설명하는 그래프이다.

연료 가스 흐름의 상류측으로부터 설명하면, 도 16에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈 부하가 증가하는 것에 수반하여, 연료 공급 계통의 압력 손실이 증가하므로, 공급부(11C)로부터 공급되는 연료 가스 압력 P0은 서서히 저하된다. 공급부(11C)로부터 공급된 연료 가스의 압력은, 공통 압력 조절 밸브(114C)에 의해, 대략 일정한 설정값 P1로 조절된다. 바꾸어 말하면, 압력 P0과 P1의 차압은, 공통 압력 조절 밸브(114C)에 있어서의 차압으로 된다.

한편, 연소기(3)가 배치되는 차실 내 압력의 설정값 P3은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈 부하가 증가하는 것에 수반하여 서서히 증가한다. 또한, 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T)에 있어서의 압력 손실 P2-P3도, 가스 터빈 부하가 증가하는 것에 수반하여 서서히 증가한다.

그로 인해, 차실 내 압력의 설정값 P3 및 압력 손실 P2-P3 등으로부터 산출되는 메인 매니폴드(12M) 및 톱 햇 매니폴드(12T)에 있어서의 연료 가스 압력의 설정값 P2도 마찬가지로, 가스 터빈 부하가 증가하는 것에 수반하여 서서히 증가한다.

여기서, 각 매니폴드(12P, 12M, 12T)에 있어서의 설정값 P2와, 실제로 측정된 압력의 값 P2m의 사이에는, 차(P2m-P2)가 있는 경우도 있으므로, 상술한 보정부(22)에 의해, 보정이 행해지고 있다.

또한, 압력 P1과 P2m의 차압은, 각 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)에 있어서의 차압으로 된다.

상기한 구성에 의하면, 공통 압력 조절 밸브(114C)는, 메인 연료 공급 계통(10M), 파일럿 연료 공급 계통(10P) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 연료를 공급하는 공통 계통(110C)에 배치되어 있으므로, 메인 연료 공급 계통(10M), 파일럿 연료 공급 계통(10P) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대한 연료 분배 비율의 변화 영향을 받는 일이 없다. 그로 인해, 공통 압력 조절 밸브(114C)에 요구되는 사양의 다양성이 억제되어, 공통 압력 조절 밸브(114C)에 있어서의 사양의 공통화를 도모하는 것이 용이해진다.

한편, 공통 압력 조절 밸브(114C)는, 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 대해 상류측의 연료 가스 압력을 소정의 값, 예를 들어 일정한 설정값 P1로 제어하는 것이므로, 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 있어서의 차압을 일정하게 유지하는 특허문헌 1의 발명의 압력 조절 밸브와 비교하여, 공통 압력 조절 밸브(114C)에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다. 그로 인해, 공통 계통(110C) 및 공통 압력 조절 밸브(114C)에 공급되는 연료 가스의 압력을, 특허문헌 1의 발명의 경우와 비교하여, 낮게 억제할 수 있다.

또한, 공통 계통(110C)에 공급되는 연료 가스의 압력에 변동이 있어도, 공통 압력 조절 밸브(114C)에 의해 소정의 설정값 P1로 조절된다. 이와 같이, 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 유입되는 연료 가스의 압력 변동이 억제되므로, 실제의 상류측의 연료 가스 압력의 값 P1m과, 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 연료 가스 압력의 설정값 P1 사이의 압력차를 작게 할 수 있다.

필요 유량 계수 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값의 산출에, 연료 가스 압력의 설정값 P1을 사용하므로, 실제로 측정된 상류측의 연료 가스 압력의 값 P1m을 사용하는 방법과 비교하여, 측정된 연료 가스 압력의 값 P1m에 있어서의 변동의 영향을 받는 일 없이 필요 유량 계수 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값을 산출할 수 있다.

〔제2 실시 형태의 변형예〕

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 대해 도 17 내지 도 22를 참조하여 설명한다.

변형예의 가스 터빈 발전 플랜트의 기본 구성은, 제2 실시 형태와 마찬가지이지만, 제2 실시 형태와는, 초크시에 있어서의 유량 조절 밸브의 제어 방법이 추가되어 있는 점이 다르다. 따라서, 변형예에 있어서는, 도 17 내지 도 22를 사용하여 유량 조절 밸브의 제어만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.

도 17은, 본 변형예에 관한 가스 터빈 발전 플랜트에 있어서의 연료 공급부 및 연소기에 있어서의 연료 가스의 흐름을 설명하는 모식도이다.

또한, 제2 실시 형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 가스 터빈 발전 플랜트(201)에 있어서의 연료 공급부(205)는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 연소기(3)에 연료 가스를 공급하는 것이다. 구체적으로는, 연소기(3)에 설치된 파일럿 노즐(11P), 메인 노즐(11M) 및 톱 햇 노즐(11T)에 연료 가스를 공급하는 것이다.

연료 공급부(205)에는, 공통 계통(110C)과, 메인 연료 공급 계통(10M)과, 파일럿 연료 공급 계통(10P)과, 톱 햇 연료 공급 계통(10T)과, 제어 장치(연료 유량 제어 장치)(220)가 주로 설치되어 있다.

도 18은, 도 17의 제어 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.

제어 장치(220)는, 도 17 및 도 18에 도시하는 바와 같이, 파일럿 유량 조절 밸브(13P), 메인 유량 조절 밸브(13M) 및 톱 햇 유량 조절 밸브(13T)에 있어서의 밸브 개방도를 제어하는 것이다.

제어 장치(220)에는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 산출부(221)와, 보정부(222)와, 밸브 제어부(23)가 설치되어 있다.

또한, 제어 장치(220)에 있어서의 제어의 상세는 이하에 설명한다.

산출부(221)는, 각 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)에 있어서의 연료 가스의 흐름이 비초크시인 경우와, 초크시인 경우로 나누어, PL_Cv, M_Cv, TH_Cv를 산출하는 것이다.

보정부(222)는, 실제 압력 보정 및 실제 온도 보정에 기초하여, 비초크시 및 초크시의 PL_Cv 등을 보정함과 함께, 비초크시의 PL_Cv 등의 값과, 초크시의 PL_Cv 등의 값을 압력 연산에 의해 초크 또는 비초크를 판정하여 전환을 하는 것이다.

다음으로, 본 실시 형태의 특징인 제어 장치(220)에 의한 연료 가스의 공급 제어에 대해 도 19 등을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 가스 터빈 발전 플랜트(201)에 있어서의 일반적인 운전에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

도 19는, 도 17의 제어 장치에 의한 제어를 설명하는 흐름도이다. 도 20 내지 도 22는, 도 17의 제어 장치에 있어서의 제어 로직의 일부를 설명하는 도면이다.

여기서, 제어 장치(220)에 의한 연료 가스의 공급 제어의 특징인 필요 유량 계수인 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값의 산출(스텝 S14, 스텝 S24) 및 필요 유량 계수의 보정 및 선택(스텝 S25)에 대해 설명한다.

즉, 부하 지령값의 산출(스텝 S1)로부터 연료 유량 지령값의 산출(스텝 S3)까지 및 밸브 개방도의 산출(스텝 S6)은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 스텝 S3에서 산출된 연료 유량의 지령값 PL_Gf, M_Gf, TH_Gf는, 산출부(221)에 입력되고, 유량 조절 밸브에 있어서의 연료 가스 흐름이 비초크 흐름인 경우의 필요 유량 계수 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값을 산출함(스텝 S14)과 함께, 초크 흐름인 경우의 필요 유량 계수 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값을 산출한다(스텝 S24).

또한, 비초크 흐름인 경우에 있어서의 필요 유량 계수 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값의 산출 방법은, 제2 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략하고, 초크 흐름인 경우에 있어서의 필요 유량 계수 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값의 산출 방법에 대해 설명한다.

예를 들어, 파일럿 연료 공급 계통(10P)에 대해 설명하면, 산출부(221)는 PL_Gf, 초크시에 있어서의 압력항 및 온도항에 기초하여, PL_Cv의 값을 산출한다.

여기서, 초크시에 있어서의 압력항은, 공통 압력 센서(12C)에 의해 측정된 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 상류측의 연료 가스 압력의 실측값 P1m에 기초하는 함수이다.

온도항은, 초크시라도 비초크시와 동일한 함수가 사용되어 있다.

메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대해서도 마찬가지로, 도 21 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 산출부(221)에 있어서, M_Cv, TH_Cv의 값이 산출된다.

산출된 PL_Cv, M_Cv, TH_Cv의 값은 보정부(222)에 입력되고, 보정부(222)에 있어서, PL_Cv 등의 값의 보정이 행해짐과 함께, 비초크시의 PL_Cv 등의 값 및 초크시의 PL_Cv 등의 값을 압력 연산에 의해 초크 또는 비초크를 판정하여 PL_Cv 등이 전환된다(스텝 S25).

예를 들어, 파일럿 연료 공급 계통(10P)에 대해 설명하면, 도 20에 도시하는 바와 같이, 우선, 비초크시의 PL_Cv는, 비초크시의 실제 압력 보정에 기초하여 보정됨과 함께, 초크시의 PL_Cv는, 초크시의 실제 압력 보정에 기초하여 보정된다.

여기서, 초크시의 실제 압력 보정은, 공통 압력 센서(12C)에 의해 측정된 파일럿 유량 조절 밸브(13P)의 상류측의 연료 가스 압력의 실측값 P1m, 그 설정값(미리 정해진 압력) P1에 기초하는 함수이다.

또한, 비초크시의 실제 압력 보정은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

각 실제 압력 보정에 기초하여 보정된 PL_Cv는 변경부(222S)에 입력되고, 초크의 경우는 초크시의 PL_Cv, 비초크의 경우는 비초크시의 PL_Cv로 전환된다. 선택된 PL_Cv는 실제 온도 보정에 기초하여 보정된다.

또한, 실제 온도 보정에 대해서는, 제2 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

메인 연료 공급 계통(10M) 및 톱 햇 연료 공급 계통(10T)에 대해서도 마찬가지로, 도 21 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 보정부(222)에 있어서, M_Cv, TH_Cv의 값이 보정됨과 함께 전환된다.

상기한 구성에 의하면, 각 유량 조절 밸브(13P, 13M, 13T)에 있어서의 연료 가스의 흐름이 비초크 흐름이어도, 초크 흐름이어도 적절하게 연료 가스의 유량을 조절할 수 있다.

또한, 상기한 제1 실시 형태, 제2 실시 형태 및 제2 실시 형태의 변형예에서는, 예혼합 연소 방식의 가스 터빈 발전 플랜트에 대해 설명해 왔지만, 확산 연소 방식의 가스 터빈 발전 플랜트에 대해서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 확산 연소 방식의 가스 터빈 발전 플랜트의 예로서는, 1종류의 확산 연소용 연료 노즐을 구비하는 것이나, 서로 다른 복수의 확산 연소용 연료 노즐을 구비하는 것을 들 수 있다.

1, 101, 201 : 가스 터빈 발전 플랜트
2 : 압축기
3 : 연소기
4 : 터빈부
5 : 연료 공급부(연료 공급 장치)
10C, 110C : 공통 계통
10M : 메인 연료 공급 계통(연료 공급 계통)
10P : 파일럿 연료 공급 계통(연료 공급 계통)
10T : 톱 햇 연료 공급 계통(연료 공급 계통)
11P : 파일럿 노즐(연료 노즐)
11M : 메인 노즐(연료 노즐)
11T : 톱 햇 노즐(연료 노즐)
12C : 공통 압력 센서(압력 측정부)
13P : 파일럿 유량 조절 밸브(유량 조절 밸브)
13M : 메인 유량 조절 밸브(유량 조절 밸브)
13T : 톱 햇 유량 조절 밸브(유량 조절 밸브)
20, 220 : 제어 장치(연료 유량 제어 장치)
21, 121, 221 : 산출부
22, 222 : 보정부
23 : 밸브 제어부
114C : 공통 압력 조절 밸브(압력 조절부)

Claims

가스 터빈의 연소기에 설치된 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 제어하는 연료 공급 장치이며,
상기 연료 노즐에 연료를 공급하는 연료 공급 계통에 설치되고, 상기 연료 공급 계통을 흐르는 연료의 유량을 조절하는 복수의 유량 조절 밸브와,
적어도, 상기 연료의 흐름에 대한 상기 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력, 상기 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 상기 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 상기 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부와,
상기 필요 유량 계수에 기초하여, 상기 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부가 설치되어 있는, 연료 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력을 측정하는 압력 측정부가 설치되고,
상기 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 상기 상류측의 연료 압력으로서, 상기 압력 측정부에 의해 측정된 압력이 사용되는, 연료 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 연료 노즐은, 서로 다른 종류의 연료 노즐이며,
상기 서로 다른 종류의 연료 노즐에 대해 각각 독립적으로 연료를 공급하는 복수의 연료 공급 계통에 설치되고, 상기 연료 공급 계통을 흐르는 연료의 유량을 조절하는 복수의 유량 조절 밸브와,
적어도, 상기 연료의 흐름에 대한 상기 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력, 상기 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐 중 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 상기 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부와,
상기 필요 유량 계수에 기초하여, 상기 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부가 설치되어 있는, 연료 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 연료 공급 계통 전부에 연료를 공급하는 공통 계통에 설치되고, 상기 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력을 소정의 값으로 조절하는 압력 조절부가 설치되고,
상기 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 상기 상류측의 연료 압력으로서, 미리 정해진 압력이 사용되는, 연료 공급 장치.
제4항에 있어서, 상기 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량은, 상기 가스 터빈의 부하에 기초하여 정해지는 상기 연소기에 대해 공급해야 할 전체 연료 유량 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐 사이의 연료 분배비로부터 산출되고,
상기 상류측의 연료 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 정해지는 압력인, 연료 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량은, 상기 가스 터빈의 부하에 기초하여 정해지는 상기 연소기에 대해 공급해야 할 전체 연료 유량 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐 사이의 연료 분배비로부터 산출되고,
상기 하류측의 연료 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 정해지는 압력인, 연료 공급 장치.
제6항에 있어서, 상기 하류측의 연료 압력은, 상기 연료 노즐이 배치된 차실 내의 압력에 기초하여 산출된 압력이고,
상기 연료 노즐이 배치된 차실 내의 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 미리 정해진 압력인, 연료 공급 장치.
제7항에 있어서, 상기 산출부에 있어서 산출된 상기 필요 유량 계수를, 적어도, 상기 차실 내의 압력의 실측값에 기초하여 보정하는 보정부가 더 설치되어 있는, 연료 공급 장치.
공기를 압축하는 압축기와,
상기 압축된 공기 및 연료의 혼합기를 연소시켜 고온의 연소 가스를 생성하는 연소기와,
상기 연소 가스로부터 회전 구동력을 추출하는 터빈부와,
상기 연소기에 상기 연료를 공급하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 연료 공급 장치가 설치되어 있는, 가스 터빈 발전 플랜트.
가스 터빈의 연소기에 설치된 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 제어하는 연료 유량 제어 장치이며,
적어도, 상기 연료의 흐름에 대한 상기 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 조절하는 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력, 상기 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 상기 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 상기 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부와,
상기 필요 유량 계수에 기초하여, 상기 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부가 설치되어 있는, 연료 유량 제어 장치.
제10항에 있어서, 상기 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 상기 상류측의 연료 압력으로서, 측정된 압력이 사용되는, 연료 유량 제어 장치.
제10항에 있어서, 상기 연료 노즐은, 서로 다른 종류의 연료 노즐이며, 적어도, 상기 연료의 흐름에 대한 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐에 대해 공급되는 연료 유량을 조절하는 유량 조절 밸브보다 상류측의 연료 압력, 상기 유량 조절 밸브보다 하류측의 연료 압력으로서 미리 정해진 압력 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐 중 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량에 기초하여, 상기 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브에 있어서의 필요 유량 계수를 산출하는 산출부와,
상기 필요 유량 계수에 기초하여, 상기 하나의 연료 노즐에 대응하는 유량 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어부가 설치되어 있는, 연료 유량 제어 장치.
제12항에 있어서, 상기 필요 유량 계수의 산출에 사용되는 상기 상류측의 연료 압력으로서, 미리 정해진 압력이 사용되는, 연료 유량 제어 장치.
제13항에 있어서, 상기 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량은, 상기 가스 터빈의 부하에 기초하여 정해지는 상기 연소기에 대해 공급해야 할 전체 연료 유량 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐 사이의 연료 분배비로부터 산출되고,
상기 상류측의 연료 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 정해지는 압력인, 연료 유량 제어 장치.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나의 연료 노즐에 공급하는 연료 유량은, 상기 가스 터빈의 부하에 기초하여 정해지는 상기 연소기에 대해 공급해야 할 전체 연료 유량 및 상기 서로 다른 종류의 연료 노즐 사이의 연료 분배비로부터 산출되고,
상기 하류측의 연료 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 정해지는 압력인, 연료 유량 제어 장치.
제15항에 있어서, 상기 하류측의 연료 압력은, 상기 연료 노즐이 배치된 차실 내의 압력에 기초하여 산출되고,
상기 연료 노즐이 배치된 차실 내의 압력은, 상기 전체 연료 유량에 기초하여 미리 정해진 압력인, 연료 유량 제어 장치.
제16항에 있어서, 상기 산출부에 있어서 산출된 상기 필요 유량 계수를, 적어도, 상기 차실 내의 압력의 실측값에 기초하여 보정하는 보정부가 더 설치되어 있는, 연료 유량 제어 장치.