JPH0734906A - ガスタ−ビン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】調速運転するために負荷目標要求と実発電出力
信号とから速度設定信号ｆを算出する手段と、速度設定
信号ｆと速度検出信号とから負荷速度制御信号ａを算出
する手段と、排ガス温度の上昇を制限するために圧縮機
吐出圧力信号と排ガス温度検出信号とから排ガス温度制
限信号ｂを算出する手段と、負荷速度制御信号ａと排ガ
ス温度制限制御信号ｂとを入力していずれか低値の信号
ｃを燃料流量弁９へ出力する低値優先器２５と、速度設
定信号ｆと排ガス温度制限制御信号ｂとを入力していず
れか低値の信号ｇをパイロット分配弁１０とメイン分配
弁１１とを所定の分配比により制御するための制御信号
として出力する第２低値優先器２９とを設ける。 【効果】安定した燃焼をすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２段燃焼方式のガスタ
ービン燃焼器に対して、良好な燃焼性能を得るために燃
料供給制御するガスタービン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガスタービン設備は、環境規制上
から排出ＮＯ_X 濃度の低減を行うために、予混合燃焼と
拡散燃焼との組合せによる２段燃焼の低ＮＯ_X 燃焼器を
採用している。

【０００３】図２は、予混合燃焼器を備えるガスタービ
ン設備の一般的な構成例を示すものである。

【０００４】図示するガスタービン設備は、圧縮機１と
燃焼器２とガスタービン３と発電機４と制御装置５とか
ら構成され、燃焼器２には、図示省略する燃料源に接続
される燃料配管６から分岐したパイロット配管７とメイ
ン配管８とが接続され、燃料配管６には、燃料流量制御
弁９が配置され、パイロット配管７にはパイロット分配
弁１０、メイン配管８にはメイン分配弁１１が各々配置
されている。

【０００５】まず、圧縮機１によって大気から吸入され
た空気が圧縮されて燃焼器２に送られる。燃焼器２内で
は、拡散燃焼用燃料を供給するパイロット分配弁１０お
よび予混合燃焼用燃料を供給するメイン分配弁１１を介
して供給された燃料と、圧縮空気とが混合されて燃焼し
て高温の燃焼ガスがガスタービン３に流入し膨張させる
ことにより、動力を発生させ、発電機４を駆動し電力を
出力する。

【０００６】燃料配管６の総燃料流量は、制御装置５か
らの制御信号に応じて燃料流量制御弁９の開閉によって
増減され、パイロット配管７の拡散燃焼用燃料流量とメ
イン配管８の予混合燃焼用燃料流量との割合は、制御装
置５から制御信号に応じてパイロット分配弁１０とメイ
ン分配弁１１とが開閉して増減され制御される。このよ
うにして、制御装置５が所定の発電出力とガスタービン
排ガスまたはＮＯ_X を低減すべく各設備を制御してい
る。

【０００７】次に、制御装置５について、図３を参照し
て具体的に説明する。

【０００８】制御装置５は、大きく分けて、積分器１２
と変化率制限器１３と減算器１４とＭＷ検出器１５と積
分器１６と減算器１７と速度検出器１８と比例演算器１
９からなる負荷速度制御系と圧縮機吐出圧力検出器２０
と関数発生器２１と減算器２２と排ガス温度検出器２３
と比例・積分器２４とからなる排ガス温度制限制御系と
からなっている。

【０００９】そして、負荷速度制御系の負荷速度制御信
号ａと排ガス温度制限制御系の排ガス温度制限制御信号
ｂとが低値優先器２５へ入力し、低値優先器２５の低値
信号ｃによって燃料流量制御弁９を制御し、さらに、低
値優先器２５の低値信号ｃが関数発生器２６を介してパ
イロット分配弁１０を制御し、関数発生器２６の出力信
号と設定器２７の出力信号とが加算器２８によって加算
され、この加算信号によってメイン分配弁１１が制御さ
れるようになっている。

【００１０】まず、負荷速度制御系では、負荷目標が積
分器１２へ与えられ、積分器１２の出力信号が変化率制
限器１３を介して減算器１４へ入力される。減算器１４
では、ＭＷ検出器１５の実発電機出力信号と減算処理が
され、偏差信号が速度設定器として機能する積分器１６
へ入力され積分処理される。

【００１１】積分器１６の出力信号は、速度設定信号と
して減算器１７へ与えられ、減算器１７では、速度設定
信号ｆと速度検出器１８のガスタービン速度信号とが減
算処理され、比例要素を有する比例演算器１９で係数倍
され、負荷速度制御信号ａとして低値優先器２５へ入力
される。

【００１２】一方、圧縮機吐出圧力検出器２０の検出信
号が関数発生器２１へ与えられ、圧縮機吐出圧力に対す
る排ガス温度制限値が算出される。算出された排ガス温
度制限値信号は、減算器２２に入力して、排ガス温度検
出器２３の検出信号と減算処理が行われ、比例・積分器
２４によって比例積分演算がされ、その結果、排ガス温
度制限制御信号ｂとして低値優先器２５へ入力される。

【００１３】低値優先器２５では、負荷速度制御信号ａ
と排ガス温度制限制御信号ｂの２値のうち、いずれか低
値信号ｃを選択し、燃料流量制御弁９へ制御信号として
出力する一方、関数発生器２６へ出力する。

【００１４】関数発生器２６は、図４に示す如く、低値
優先器２５の低値信号ｃに対応してパイロット分配弁１
０への指令信号が予め設定されており、指令信号ｄがパ
イロット分配弁１０へ出力される。

【００１５】この関数発生器２６は、低値信号ｃが約６
０％までに対して指令信号ｄを１００％出力し、低値信
号ｃが約６０％から約７０％までに対して指令信号ｄを
急激に低下させ、それ以上では徐々に低下させるように
なっている。

【００１６】この指令信号ｄは、さらに、減算器２８に
入力され、設定器２７で与えられた信号（１００％）と
の減算処理がされ、メイン分配弁１１の開度指令信号と
して出力される。

【００１７】このように、パイロット分配弁１０の開度
設定は関数発生器２６で与えられるのに対して、メイン
分配弁１１の開度設定は、１００％開度設定値から関数
発生器２６で与えられた開度設定値を引いた開度、すな
わち、パイロット分配弁１０に対して逆動作を行う開度
設定が出力される。

【００１８】この結果、燃料流量制御弁９の途中開度、
すなわち、部分負荷までは、安定燃焼が行える拡散燃焼
のみで、ある負荷以上は、拡散燃焼用燃料を絞ると共
に、予混合燃焼用燃料を増加させる。

【００１９】こうして得られる燃料流量特性は、発電出
力が約６０％までパイロット分配弁１０から供給される
拡散燃焼用燃料による１段目燃料とし、発電出力が約６
０％以上となると１段目燃料が絞られメイン分配弁１１
による予混合燃焼用燃料による２段目燃料が増加した特
性としている。これによって、高負荷時のＮＯ_X は大幅
に低減できる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た２段燃焼ガスタービン設備の制御装置５では、種々の
要因によって系統周波数が微妙に変動すると、燃料流量
制御弁９、パイロット分配弁１０、メイン分配弁１１の
それぞれの開度が振動的に変動するという次の問題があ
る。

【００２１】すなわち、近年の負荷安定性の一因とし
て、火力発電所のガバナフリー制御があげられる。これ
に伴い、同一系統内の発電所が、同一の電力調定率で運
用することにより、短い周期で負荷が増減した際に、系
統の周波数の変動に応じて瞬時的に発電出力が増減さ
れ、同一系統内の発電所がガバナフリー制御により、系
統上の周波数は安定する。

【００２２】ところが、種々要因により、系統周波数は
微妙に変動しており、特に、原子力発電所や、石炭焚火
力発電所が占める割合の高い系統は、負荷変化に発電所
の出力が対応仕切れないため系統安定性が悪く系統周波
数の振り幅が大きい。

【００２３】図２および図３で示した制御系統を有した
２段燃焼ガスタービン設備の場合、系統周波数の微小な
振れが生ずると、調速制御を行うべく、負荷速度制御信
号ａが微小に振れ始めるため、まず、燃料流量制御弁９
の開度が変動する。この結果、燃料流量制御弁９と直列
に配置されるパイロット分配弁１０との間で相互に干渉
してパイロット分配弁１０の開度が大きく変動する。同
様に、燃料流量制御弁９と直列に配置されるメイン分配
弁１１の開度も大きく変動する。メイン分配弁１１の短
周期での振動は、燃焼火炎の不安定を招くと共に、燃焼
振動を起こし、吹き消えが発生したり、拡散燃焼火炎と
互いに干渉しあって内部圧力の変動によって燃焼器全体
が振動するという問題がある。

【００２４】そこで、本発明は、ガバナフリー運転時に
おける系統周波数変動時においても安定燃焼をすること
ができるガスタービン制御装置を提供することを目的と
する。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料供給設備
からの総流量を制御する燃料流量制御弁を有する燃料配
管から分岐するパイロット配管とメイン配管とにそれぞ
れ設けられるパイロット分配弁とメイン分配弁とを所定
の分配比による制御信号によって制御して所定の割合の
燃料をそれぞれ２段燃焼の燃焼器へ供給するガスタービ
ン設備を制御するガスタービン制御装置において、調速
運転するために負荷目標要求と実発電出力信号とから速
度設定信号を算出する手段と、速度設定信号と速度検出
信号とから負荷速度制御信号を算出する手段と、排ガス
温度の上昇を制限するために圧縮機吐出圧力信号と排ガ
ス温度検出信号とから排ガス温度制限信号を算出する手
段と、前記負荷速度制御信号を前記排ガス温度制限制御
信号とを入力していずれか低値の信号を前記燃料流量弁
へ出力する第１の低値優先器と、前記速度設定信号と前
記排ガス温度制限制御信号とを入力していずれか低値の
信号を前記パイロット分配弁と前記メイン分配弁とを所
定の分配比による制御信号として出力する第２低値優先
器とを設けるようにしたものである。

【００２６】

【作用】上記構成により、調速運転中に第２の低値優先
器から速度設定信号が出力され、パイロット分配弁とメ
イン分配弁とが速度設定信号に基づく所定分配比で制御
される。このとき速度設定信号は、微小な変動を含む変
動がない負荷要求信号に応じた信号であるため、燃料流
量制御弁が微小に変動しても、パイロット分配弁とメイ
ン分配弁とを制御する制御信号には微小な変動がないか
ら燃料流量制御弁と相互干渉が少なく、安定した燃焼を
することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２８】図１は、本発明の一実施例を示すガスター
ビン制御装置の構成図である。従来例を示す図３と同一
符号は、同一部分または相当部分を示し、図１が図３と
異なる点は、負荷速度制御信号系の積分器１６の速度設
定信号ｆと排ガス温度制限制御信号系の排ガス温度制限
制御信号ｂを入力して低値信号ｇを出力する低値優先器
２９を設け、低値信号ｇに基づいてパイロット分配弁１
０とメイン分配弁１１の開度を制御するようにしたこと
である。

【００２９】以上の構成で、ガバナフリー運転中、負荷
速度制御系のうちの速度設定器として機能する積分器１
６の速度設定信号ｆが、低値優先器２９によって低値信
号ｇとして選択される一方、排ガス温度制限制御中は、
比例・積分器２４の排ガス温度制限制御信号ｂが低値優
先器２９によって低値信号ｇとして選択される。この低
値信号ｇは、関数発生器２６の入力信号として与えら
れ、パイロット分配弁１０が制御されると共に、メイン
分配弁１１が制御される。

【００３０】この場合、負荷速度制御系の積分器１６の
速度設定信号ｆは、ガスタービン速度の振れを含む速度
偏差発生分を含まない負荷指令に応じて暫増または暫減
する比較的なめらかな負荷要求量である。このため、ガ
バナフリー運転中でも振動分の含まない積分器１６の速
度設定信号ｆが低値信号ｇとして選択され関数発生器２
６に入力される。

【００３１】関数発生器２６では、図４に示す関数設定
によって低値信号ｇに対応して指令信号ｄ１をパイロッ
ト分配弁１０へ出力してパイロット分配弁１０の開度を
増減するが、この指令信号ｄ１は、微振動の変動を含ま
ないなめらかな信号であり、パイロット分配弁１０の開
度がゆっくりと増減される。

【００３２】次に、関数発生器２６の指令信号ｄ１が減
算器２８に入力され、１００％を設定する設定器２７の
出力信号と図示する符号で減算され、減算器２８の出力
信号が指令信号ｅ１としてメイン分配弁１１へ入力さ
れ、メイン分配弁１１の開度を増減するが、この指令信
号ｅ１は、微振動の変動を含まないなめらかな信号であ
るため、メイン分配弁１１の開度がゆっくりと増減され
る。

【００３３】このように、ガバナフリー運転中におい
て、負荷速度制御系の内の速度設定器として機能する積
分器１６の速度設定信号ｆによりパイロット分配弁１０
とメイン分配弁１１とが制御されるため、系統周波数が
微小変動した場合においても、変動の影響を受けること
なく、制御弁は制御される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
イロット分配弁とメイン分配弁とが微小な変動を含まな
い負荷要求信号に応じた信号で制御されるため、燃料流
量制御弁が微小に変動しても、パイロット分配弁とメイ
ン分配弁に対して燃料流量制御弁との相互干渉が少な
く、安定した燃焼をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すガスタービン制御装置
のブロック構成図である。

【図２】２段燃焼系統ガスタービン設備の系統図であ
る。

【図３】従来例を示すガスタービン制御装置の図１に対
応するブロック構成図である。

【図４】図３のパイロット分配弁のための関数設定器の
関数を示す説明図である。

【図５】図３のガスタービン制御装置の制御による燃料
流量特性を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 燃焼器 ３ ガスタービン ４ 発電機 ５ 制御装置 ６ 燃料配管 ７ パイロット配管 ８ メイン配管 ９ 燃料流量制御弁 １０ パイロット分配弁 １１ メイン分配弁 １２ 積分器 １３ 変化率制限器 １４ 減算器 １５ ＭＷ検出器 １６ 積分器 １７ 減算器 １８ 速度検出器 １９ 比例演算器 ２０ 圧縮機吐出圧力検出器 ２１ 関数発生器 ２２ 減算器 ２３ 排ガス温度検出器 ２４ 比例・積分器 ２５ 低値優先器 ２６ 関数発生器 ２７ 設定器 ２８ 減算器 ２９ 低値優先器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料供給設備からの総流量を制御する燃
   料流量制御弁を有する燃料配管から分岐するパイロット
   配管とメイン配管とにそれぞれ設けられるパイロット分
   配弁とメイン分配弁とを所定の分配比による制御信号に
   よって制御して所定の割合の燃料をそれぞれ２段燃焼の
   燃焼器へ供給するガスタービン設備を制御するガスター
   ビン制御装置において、 調速運転するために負荷目標要求と実発電出力信号とか
   ら速度設定信号を算出する手段と、 前記速度設定信号と速度検出信号とから負荷速度制御信
   号を算出する手段と、 排ガス温度の上昇を制限するために圧縮機吐出圧力信号
   と排ガス温度検出信号とから排ガス温度制限信号を算出
   する手段と、 前記負荷速度制御信号と前記排ガス温度制限制御信号と
   を入力していずれか低値の信号を前記燃料流量制御弁へ
   出力する第１の低値優先器と、 前記速度設定信号と前記排ガス温度制限制御信号とを入
   力していずれか低値の信号を前記パイロット分配弁と前
   記メイン分配弁とを所定の分配比により制御するための
   制御信号として出力する第２の低値優先器とを備えたこ
   とを特徴とするガスタービン制御装置。