JPH11218004A - ガスタービン運転監視装置 - Google Patents
ガスタービン運転監視装置Info
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- JPH11218004A JPH11218004A JP2174698A JP2174698A JPH11218004A JP H11218004 A JPH11218004 A JP H11218004A JP 2174698 A JP2174698 A JP 2174698A JP 2174698 A JP2174698 A JP 2174698A JP H11218004 A JPH11218004 A JP H11218004A
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- combustor
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】従来方法では、定期点検時の情報により燃焼器
内部の部材熱応力を評価するのみで、運転条件の制御は
実施されていない。 【解決手段】ガスタービン運転時間における該機能から
の熱応力情報を積算し、任意の許容値を超えないよう、
前記ガスタービンの運転制御装置に制約信号を出力する
機能とを設ける。
内部の部材熱応力を評価するのみで、運転条件の制御は
実施されていない。 【解決手段】ガスタービン運転時間における該機能から
の熱応力情報を積算し、任意の許容値を超えないよう、
前記ガスタービンの運転制御装置に制約信号を出力する
機能とを設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンのよ
うな熱源機器を有する複合発電設備の運転監視装置に関
する。特に、該熱源機器の運転中に発生する熱応力を軽
減し、運転寿命を伸ばすことと、脱窒素酸化装置への触
媒添加剤の過剰投入を抑制し、大気中への放出量を抑え
ることにより耐環境性を向上することを目的とする。し
たがって、商用発電プラント，コージェネプラント及び
自家発電プラント等、熱源機器及び耐環境装置を有する
プラントの運転監視装置に有効である。
うな熱源機器を有する複合発電設備の運転監視装置に関
する。特に、該熱源機器の運転中に発生する熱応力を軽
減し、運転寿命を伸ばすことと、脱窒素酸化装置への触
媒添加剤の過剰投入を抑制し、大気中への放出量を抑え
ることにより耐環境性を向上することを目的とする。し
たがって、商用発電プラント，コージェネプラント及び
自家発電プラント等、熱源機器及び耐環境装置を有する
プラントの運転監視装置に有効である。
【０００２】
【従来の技術】本発明の燃焼器高温部材の熱応力評価に
関する技術として、(特開平8−160035号公報）がある。
該技術は、定期点検時に得られる損傷分布に基づいた熱
応力解析の負荷条件を決定し、適正な余寿命評価を実施
することを特徴としている。
関する技術として、(特開平8−160035号公報）がある。
該技術は、定期点検時に得られる損傷分布に基づいた熱
応力解析の負荷条件を決定し、適正な余寿命評価を実施
することを特徴としている。
【０００３】本発明の燃焼器での発生窒素酸化物量の評
価に関する技術として、(特開平8−4554号公報）があ
る。該技術は、燃焼器内の火炎の紫外スペクトル線の強
度を分光分析し、得られた情報をもとに、燃焼弁開度を
制御することを特徴としている。また、排熱回収ボイラ
内の脱窒素酸化物装置の触媒への添加剤投入量は、予め
設定された流量を前記排熱回収ボイラ出口に設置された
窒素酸化物濃度計からの情報により修正して実施されて
いる。
価に関する技術として、(特開平8−4554号公報）があ
る。該技術は、燃焼器内の火炎の紫外スペクトル線の強
度を分光分析し、得られた情報をもとに、燃焼弁開度を
制御することを特徴としている。また、排熱回収ボイラ
内の脱窒素酸化物装置の触媒への添加剤投入量は、予め
設定された流量を前記排熱回収ボイラ出口に設置された
窒素酸化物濃度計からの情報により修正して実施されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】熱応力に関する従来技
術では、定期点検前での評価ができないという課題があ
った。更に、運転条件を制御する機能については記述し
ていない。
術では、定期点検前での評価ができないという課題があ
った。更に、運転条件を制御する機能については記述し
ていない。
【０００５】また、窒素酸化物に関する従来技術では、
動的な燃料制御が可能となるが、燃焼器内部の火炎の画
像情報を計測する装置と、該手段からの情報を処理する
装置が必要となる。更に、前記排熱回収ボイラ出口に設
置された窒素酸化物濃度計による脱窒素酸化物装置の触
媒への添加剤投入量制御では、該濃度計の検出時間が大
きく、かつ設置場所が窒素酸化物の発生場所から離れて
いることにより、先行制御することができない。
動的な燃料制御が可能となるが、燃焼器内部の火炎の画
像情報を計測する装置と、該手段からの情報を処理する
装置が必要となる。更に、前記排熱回収ボイラ出口に設
置された窒素酸化物濃度計による脱窒素酸化物装置の触
媒への添加剤投入量制御では、該濃度計の検出時間が大
きく、かつ設置場所が窒素酸化物の発生場所から離れて
いることにより、先行制御することができない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、熱応
力評価のため、前記燃焼器の入出熱量の情報から火炎温
度を予測する機能と、該機能の情報を基に前記燃焼器の
部材温度分布を予測する機能と、該機能からの情報を基
に部材に発生する熱応力を計算する機能とを設ける。
力評価のため、前記燃焼器の入出熱量の情報から火炎温
度を予測する機能と、該機能の情報を基に前記燃焼器の
部材温度分布を予測する機能と、該機能からの情報を基
に部材に発生する熱応力を計算する機能とを設ける。
【０００７】また、発生窒素酸化物量評価のため、前記
燃焼器の流入燃料及び流入空気の流量，温度及び圧力情
報から発生量を予測する機能と脱窒素酸化物触媒への添
加剤投入量を予測する機能を設ける。
燃焼器の流入燃料及び流入空気の流量，温度及び圧力情
報から発生量を予測する機能と脱窒素酸化物触媒への添
加剤投入量を予測する機能を設ける。
【０００８】更に、前記排熱回収ボイラ内の脱窒素酸化
物装置の触媒への必要添加剤投入量を予測する機能と、
ガスタービン運転時間における該機能からの熱応力情報
を積算し、任意の許容値を超えないよう、前記ガスター
ビンの運転制御装置に制約信号を出力する機能とを設け
る。
物装置の触媒への必要添加剤投入量を予測する機能と、
ガスタービン運転時間における該機能からの熱応力情報
を積算し、任意の許容値を超えないよう、前記ガスター
ビンの運転制御装置に制約信号を出力する機能とを設け
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、ガ
スタービン複合発電プラントへ適用した場合について説
明する。
スタービン複合発電プラントへ適用した場合について説
明する。
【００１０】図１は、本発明の概要を示したものであ
る。空気は、圧縮機１により昇圧された後、燃焼器２へ
投入される。該圧縮機入口及び出口には温度計９，１
１，圧力計１２及び流量計１０を設置しており、各々入
口空気温度，吐出空気温度，圧力及び流量が計測され
る。前記燃焼器２では、燃料流量調整弁７によって流量
を調整された燃料と、前記圧縮機１からの空気とが燃焼
反応を起こして高温の燃焼ガスを発生する。この際、燃
料組成の窒素により窒素酸化物を生成する。
る。空気は、圧縮機１により昇圧された後、燃焼器２へ
投入される。該圧縮機入口及び出口には温度計９，１
１，圧力計１２及び流量計１０を設置しており、各々入
口空気温度，吐出空気温度，圧力及び流量が計測され
る。前記燃焼器２では、燃料流量調整弁７によって流量
を調整された燃料と、前記圧縮機１からの空気とが燃焼
反応を起こして高温の燃焼ガスを発生する。この際、燃
料組成の窒素により窒素酸化物を生成する。
【００１１】前記燃焼ガスは、タービン３で膨張して熱
を仕事に変換された後、排熱回収ボイラ４を通り、大気
へ放出される。前記排熱回収ボイラ４には脱窒素酸化物
装置５が内包されており、該装置５の触媒への添加剤が
触媒添加剤調整弁８により流量を調整されながら投入さ
れ、前記燃焼器２からの窒素酸化物と反応して窒素酸化
物が除去される。
を仕事に変換された後、排熱回収ボイラ４を通り、大気
へ放出される。前記排熱回収ボイラ４には脱窒素酸化物
装置５が内包されており、該装置５の触媒への添加剤が
触媒添加剤調整弁８により流量を調整されながら投入さ
れ、前記燃焼器２からの窒素酸化物と反応して窒素酸化
物が除去される。
【００１２】前記燃料流量調整弁７の後流には流量計１
３及び温度計１４を設置しており、各々燃料温度及び流
量が計測される。前記タービン３と排熱回収ボイラ４と
の連結部分には温度計１５及び流量計１６を設置してお
り、各々出口排ガス温度及び流量が計測される。各計測
情報１７は、制御装置６へ入力され、内部で処理された
後、制御信号１８として前記燃料流量調整弁７及び触媒
添加剤調整弁８の開度操作に出力され、同時に表示装置
１９に出力される。
３及び温度計１４を設置しており、各々燃料温度及び流
量が計測される。前記タービン３と排熱回収ボイラ４と
の連結部分には温度計１５及び流量計１６を設置してお
り、各々出口排ガス温度及び流量が計測される。各計測
情報１７は、制御装置６へ入力され、内部で処理された
後、制御信号１８として前記燃料流量調整弁７及び触媒
添加剤調整弁８の開度操作に出力され、同時に表示装置
１９に出力される。
【００１３】次に、図１中の制御装置６の内容を説明す
る。
る。
【００１４】図２は、制御装置６の概要を示したもので
ある。燃料流量調整弁７の制御信号は、次の操作で処理
される。温度計１４及び流量計１３からの情報は燃料熱
量演算器２０へと入力され、燃焼器２への投入燃料熱量
として出力される。一方、温度計１１，圧力計１２及び
流量計１０からの情報は空気熱量演算器３８へと入力さ
れ、燃焼器２への流入空気熱量として出力される。燃料
及び空気熱量は加算器２１により、燃焼器２への総入熱
量として出力される。
ある。燃料流量調整弁７の制御信号は、次の操作で処理
される。温度計１４及び流量計１３からの情報は燃料熱
量演算器２０へと入力され、燃焼器２への投入燃料熱量
として出力される。一方、温度計１１，圧力計１２及び
流量計１０からの情報は空気熱量演算器３８へと入力さ
れ、燃焼器２への流入空気熱量として出力される。燃料
及び空気熱量は加算器２１により、燃焼器２への総入熱
量として出力される。
【００１５】更に、温度計１５及び流量計１６からの情
報は排ガス熱量演算器４５へと入力され、燃焼器２から
の出熱量として出力される。該出力と加算器２１の出力
は減算器２２及び積分器２３によって、次式（１）の様
に燃焼器２内部のエンタルピバランスを計算することに
よって、燃焼ガスのエンタルピ変化率が求まる。
報は排ガス熱量演算器４５へと入力され、燃焼器２から
の出熱量として出力される。該出力と加算器２１の出力
は減算器２２及び積分器２３によって、次式（１）の様
に燃焼器２内部のエンタルピバランスを計算することに
よって、燃焼ガスのエンタルピ変化率が求まる。
【００１６】
【数１】 ｄＨ／ｄｔ＝(Ｑin−Ｑout)／(Ｖ・ρ) …（１） ここで、Ｈ：エンタルピ（kcal／kg），Ｑ：熱量（kcal
／ｓ），Ｖ：燃焼器２の容量（ｍ3 )，ρ：燃焼ガスの
密度（kg／ｍ3 ）を示している。
／ｓ），Ｖ：燃焼器２の容量（ｍ3 )，ρ：燃焼ガスの
密度（kg／ｍ3 ）を示している。
【００１７】同様に、流量計１０及び１３からの情報は
加算器２８により、燃焼器２への総入流量として出力さ
れ、減算器２９によって流量計１６からの情報と差し引
かれた後、燃焼器２容積を設定した定数設定器３０で除
算器３１によって計算される。該除算器３１の出力は、
積分器３２によって、次式（２）の様に燃焼器２内部の
マスバランスを計算することによって、燃焼ガス密度の
変化率が求まる。
加算器２８により、燃焼器２への総入流量として出力さ
れ、減算器２９によって流量計１６からの情報と差し引
かれた後、燃焼器２容積を設定した定数設定器３０で除
算器３１によって計算される。該除算器３１の出力は、
積分器３２によって、次式（２）の様に燃焼器２内部の
マスバランスを計算することによって、燃焼ガス密度の
変化率が求まる。
【００１８】
【数２】 ｄρ／ｄｔ＝(Ｇin−Ｇout)／Ｖ …（２） ここで、Ｇ：流量（kg／ｓ）を示している。
【００１９】積分器２３及び３２の出力より火炎温度演
算器２４によって、次式（３）の状態方程式を用いて火
炎温度を計算する。
算器２４によって、次式（３）の状態方程式を用いて火
炎温度を計算する。
【００２０】
【数３】 ＰＶ＝ｎＲＴ …（３） ここで、Ｐ：圧力（Ｍｐａ），Ｖ：比容積（kg／
ｍ3 ），Ｒ：ガス定数，Ｔ：温度（Ｋ）を示している。
ｍ3 ），Ｒ：ガス定数，Ｔ：温度（Ｋ）を示している。
【００２１】該火炎温度計算結果は、減算器２６により
所定火炎温度の設定器２５からの信号と比較され、偏差
が０となるようにＰＩコントローラ２７によって前記燃
料流量調整弁７の開度指令値を調整する制御信号を出力
する。
所定火炎温度の設定器２５からの信号と比較され、偏差
が０となるようにＰＩコントローラ２７によって前記燃
料流量調整弁７の開度指令値を調整する制御信号を出力
する。
【００２２】熱応力の監視は、次の操作で実施される。
流量計１０及び１３からの情報は燃空比演算器３９へと
入力され、燃料と空気の質量比率として出力される。前
記火炎温度演算器２４，温度計１１，圧力計１２及び燃
空比演算器３９からの信号は熱応力演算器３３へと入力
され、燃焼器２部材の任意の位置での周方向温度勾配値
が出力される。
流量計１０及び１３からの情報は燃空比演算器３９へと
入力され、燃料と空気の質量比率として出力される。前
記火炎温度演算器２４，温度計１１，圧力計１２及び燃
空比演算器３９からの信号は熱応力演算器３３へと入力
され、燃焼器２部材の任意の位置での周方向温度勾配値
が出力される。
【００２３】該出力は積分器３４によってプラントの運
用時間中に燃焼器２の部材に掛る応力積分値として計算
され、許容値を設定した定数設定器３５との差を減算器
３６にて出力し、該出力が許容範囲内であるかを判定器
３７にて評価する。
用時間中に燃焼器２の部材に掛る応力積分値として計算
され、許容値を設定した定数設定器３５との差を減算器
３６にて出力し、該出力が許容範囲内であるかを判定器
３７にて評価する。
【００２４】減算器３６出力が許容値を超えた場合は、
判定器３７から表示装置１９へ異常を知らせる信号が出
力される。該減算器３６出力が許容値を超えない場合
は、判定器３７から表示装置１９へ新たな運転状態の情
報が出力される。
判定器３７から表示装置１９へ異常を知らせる信号が出
力される。該減算器３６出力が許容値を超えない場合
は、判定器３７から表示装置１９へ新たな運転状態の情
報が出力される。
【００２５】触媒添加剤量調整弁８の制御信号は、次の
操作で処理される。温度計１１，圧力計１２及び燃空比
演算器３９からの信号は窒素酸化物発生量演算器４０へ
と入力され、燃焼器２内部で発生する窒素酸化物量が出
力される。該出力と許容値を設定した定数設定器４６か
らの信号との差は減算器４７にて比較され、偏差が０と
なるようにＰＩコントローラ４８によって前記触媒添加
剤量調整弁８の開度指令値を調整する制御信号を出力す
る。
操作で処理される。温度計１１，圧力計１２及び燃空比
演算器３９からの信号は窒素酸化物発生量演算器４０へ
と入力され、燃焼器２内部で発生する窒素酸化物量が出
力される。該出力と許容値を設定した定数設定器４６か
らの信号との差は減算器４７にて比較され、偏差が０と
なるようにＰＩコントローラ４８によって前記触媒添加
剤量調整弁８の開度指令値を調整する制御信号を出力す
る。
【００２６】発生する窒素酸化物量の監視は、次の操作
で実施される。窒素酸化物発生量演算器４０からの情報
は、積分器４１によってプラントの運用時間中に燃焼器
２内部で発生する窒素酸化物量の積分値として計算さ
れ、許容値を設定した定数設定器４２との差を減算器４
３にて出力し、該出力が許容範囲内であるかを判定器４
４にて評価する。減算器４３出力が許容値を超えた場合
は、判定器４４から表示装置１９へ異常を知らせる信号
が出力される。該減算器４３出力が許容値を超えた場合
は、判定器４４から表示装置１９へ新たな運転状態の情
報が出力される。
で実施される。窒素酸化物発生量演算器４０からの情報
は、積分器４１によってプラントの運用時間中に燃焼器
２内部で発生する窒素酸化物量の積分値として計算さ
れ、許容値を設定した定数設定器４２との差を減算器４
３にて出力し、該出力が許容範囲内であるかを判定器４
４にて評価する。減算器４３出力が許容値を超えた場合
は、判定器４４から表示装置１９へ異常を知らせる信号
が出力される。該減算器４３出力が許容値を超えた場合
は、判定器４４から表示装置１９へ新たな運転状態の情
報が出力される。
【００２７】運転状態表示の信号は、次の操作で処理さ
れる。燃空比演算器３９からの信号は判定器４９へと入
力され、設定された標準運転状態と比較された後、前記
プラント全体の運転制約条件範囲を超えた信号が入力さ
れた場合は、判定器４９から表示装置１９へ異常を知ら
せる信号が出力される。
れる。燃空比演算器３９からの信号は判定器４９へと入
力され、設定された標準運転状態と比較された後、前記
プラント全体の運転制約条件範囲を超えた信号が入力さ
れた場合は、判定器４９から表示装置１９へ異常を知ら
せる信号が出力される。
【００２８】図２中の各演算器の内容について、以下図
３〜図１２を用いて説明する。
３〜図１２を用いて説明する。
【００２９】図３は、燃料熱量演算器２０の内容を示し
たものである。温度計１４からの情報は、燃料エンタル
ピ計算器５０に入力される。該計算器５０には、燃料組
成をパラメータとした燃料温度によるエンタルピ評価式
が設定されている。該出力と流量計１３からの情報は、
乗算器５１によって熱量へと変換され、加算器２１へと
出力される。
たものである。温度計１４からの情報は、燃料エンタル
ピ計算器５０に入力される。該計算器５０には、燃料組
成をパラメータとした燃料温度によるエンタルピ評価式
が設定されている。該出力と流量計１３からの情報は、
乗算器５１によって熱量へと変換され、加算器２１へと
出力される。
【００３０】図４は、火炎温度演算器２４の内容を示し
たものである。積分器２３からの情報は、除算器５２及
び５４によって、燃焼器２の容積を設定した定数設定器
５３及び除算器３１からの信号にて燃焼器２内部のエン
タルピ変化率が計算される。該変化率の信号はエンタル
ピ→温度換算器５５によって、火炎温度に変換された
後、減算器２６へと出力される。
たものである。積分器２３からの情報は、除算器５２及
び５４によって、燃焼器２の容積を設定した定数設定器
５３及び除算器３１からの信号にて燃焼器２内部のエン
タルピ変化率が計算される。該変化率の信号はエンタル
ピ→温度換算器５５によって、火炎温度に変換された
後、減算器２６へと出力される。
【００３１】図５は、空気熱量演算器３８の内容を示し
たものである。温度計１１及び圧力計１２からの情報
は、空気エンタルピ計算器５６に入力される。該計算器
５６には、一般に用いられている空気物性評価式が設定
されている。該出力と流量計１０からの情報は、乗算器
５７によって熱量へと変換され、加算器２１へと出力さ
れる。
たものである。温度計１１及び圧力計１２からの情報
は、空気エンタルピ計算器５６に入力される。該計算器
５６には、一般に用いられている空気物性評価式が設定
されている。該出力と流量計１０からの情報は、乗算器
５７によって熱量へと変換され、加算器２１へと出力さ
れる。
【００３２】図６は、燃空比演算器３９の内容を示した
ものである。流量計１０及び１３からの情報は、除算器
５８にて燃料と空気の質量比率を計算後、窒素酸化物発
生量演算器４０へと出力される。
ものである。流量計１０及び１３からの情報は、除算器
５８にて燃料と空気の質量比率を計算後、窒素酸化物発
生量演算器４０へと出力される。
【００３３】図７は、窒素酸化物発生量演算器４０の内
容を示したものである。燃空比演算器３９からの信号
は、単位燃料当り窒素酸化物発生量演算５９に入力さ
れ、燃料１kg当りの窒素酸化物発生量を出力する。該演
算器５９には次式が設定されている。
容を示したものである。燃空比演算器３９からの信号
は、単位燃料当り窒素酸化物発生量演算５９に入力さ
れ、燃料１kg当りの窒素酸化物発生量を出力する。該演
算器５９には次式が設定されている。
【００３４】
【数４】 窒素酸化物発生量＝Ａ１*（燃空比)＾(Ａ２)＊exp(Ａ３*燃空比) …（４） ここで、Ａ１，Ａ２，Ａ３は定数であり要素試験結果及
び試運転実績データの解析により導出した経験値を設定
する。
び試運転実績データの解析により導出した経験値を設定
する。
【００３５】温度計１１からの情報は、温度効果演算器
６３に入力され、空気温度の窒素酸化物発生量への効果
値を出力する。該演算器６３には次式が設定されてい
る。
６３に入力され、空気温度の窒素酸化物発生量への効果
値を出力する。該演算器６３には次式が設定されてい
る。
【００３６】
【数５】 温度効果値＝exp(Ｂ１−温度／Ｂ２） …（５） ここで、Ｂ１，Ｂ２は定数を設定する。
【００３７】圧力計１２からの情報は、圧力効果演算器
６４に入力され、空気圧力の窒素酸化物発生量への効果
値を出力する。該演算器６４には次式が設定されてい
る。
６４に入力され、空気圧力の窒素酸化物発生量への効果
値を出力する。該演算器６４には次式が設定されてい
る。
【００３８】
【数６】 温度効果値＝(Ｃ１／圧力)^Ｃ２ …（６） ここで、Ｃ１，Ｃ２は定数を設定する。
【００３９】前記単位燃料当り窒素酸化物発生量演算器
５９，燃空比演算器３９，温度効果演算器６３及び圧力
効果演算器６４からの信号は除算器６０，６１，６２に
て窒素酸化物発生量を計算した後、積分器４１及び減算
器４７へと出力される。
５９，燃空比演算器３９，温度効果演算器６３及び圧力
効果演算器６４からの信号は除算器６０，６１，６２に
て窒素酸化物発生量を計算した後、積分器４１及び減算
器４７へと出力される。
【００４０】図８は、排ガス熱量演算器４５の内容を示
したものである。温度計１５からの情報は、排ガスエン
タルピ計算器６５に入力される。該計算器６５には、排
ガス温度によるエンタルピ評価式が設定されている。該
出力と流量計１６からの情報は、乗算器６６によって熱
量へと変換され、減算器２２へと出力される。
したものである。温度計１５からの情報は、排ガスエン
タルピ計算器６５に入力される。該計算器６５には、排
ガス温度によるエンタルピ評価式が設定されている。該
出力と流量計１６からの情報は、乗算器６６によって熱
量へと変換され、減算器２２へと出力される。
【００４１】図９は、熱応力演算器３３の内容を示した
ものである。火炎温度演算器２４，圧力計１２及び燃空
比演算器３９からの情報は、放射熱量演算器６７に入力
される。該演存器６７には、次式が設定されている。
ものである。火炎温度演算器２４，圧力計１２及び燃空
比演算器３９からの情報は、放射熱量演算器６７に入力
される。該演存器６７には、次式が設定されている。
【００４２】
【数７】 Ｑ＝σ＊{１.１−exp(Ｄ１＊燃空比＾Ｄ２＊圧力＊温度＾Ｄ３}＊ΔＴ＾４ …（７） ここで、Ｑは熱量、σはボルツマン定数、ΔＴは温度差
を示す。Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は定数であり要素試験結果及
び試運転実績データの解析により導出した経験値を設定
する。
を示す。Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は定数であり要素試験結果及
び試運転実績データの解析により導出した経験値を設定
する。
【００４３】火炎温度演算器２４，温度計１１及び積分
器６９からの情報は、放熱量演算器７１に入力される。
該演算器７１には、次式が設定されている。
器６９からの情報は、放熱量演算器７１に入力される。
該演算器７１には、次式が設定されている。
【００４４】
【数８】 Ｑ＝Ｅ１＊ｆ(火炎温度，空気温度)＊ΔＴ …（８） ここで、Ｑは熱量、ｆ()はレイノルズ数及びプラントル
数計算式、ΔＴは温度差を示す。Ｅ１は定数であり要素
試験結果及び試運転実績データの解析により導出した経
験値を設定する。
数計算式、ΔＴは温度差を示す。Ｅ１は定数であり要素
試験結果及び試運転実績データの解析により導出した経
験値を設定する。
【００４５】温度計１１及び積分器６９からの情報は、
放射熱量演算器７３に入力される。該演算器７３には、
次式が設定されている。
放射熱量演算器７３に入力される。該演算器７３には、
次式が設定されている。
【００４６】
【数９】 Ｑ＝σ＊ΔＴ＾４／Ｆ１ …（９） ここで、Ｑは熱量、σはボルツマン定数、ΔＴは温度差
を示す。Ｆ１は定数であり要素試験結果及び試運転実績
データの解析により導出した経験値を設定する。
を示す。Ｆ１は定数であり要素試験結果及び試運転実績
データの解析により導出した経験値を設定する。
【００４７】温度計１１及び積分器６９からの情報は、
放熱量演算器７４に入力される。該演算器７４には、次
式が設定されている。
放熱量演算器７４に入力される。該演算器７４には、次
式が設定されている。
【００４８】
【数１０】 Ｑ＝Ｇ１＊ｆ(火炎温度，空気温度)＊ΔＴ …（１０） ここで、Ｑは熱量、ｆ()はレイノルズ数及びプラントル
数計算式、ΔＴは温度差を示す。Ｇ１は定数であり要素
試験結果及び試運転実績データの解析により導出した経
験値を設定する。
数計算式、ΔＴは温度差を示す。Ｇ１は定数であり要素
試験結果及び試運転実績データの解析により導出した経
験値を設定する。
【００４９】各演算器７１，７３，７４からの信号は加
算器７２によって加算された後、減算器６８によって演
算器６７からの信号と差し引かれ積分器６９によって燃
焼器２部材の温度変化率が計算される。該積分器６９か
らの信号は熱応力演算器７０に入力され、前記燃焼器２
の周方向の任意の位置間の温度勾配を計算した後、積分
器３４へと出力される。ここで、前記放熱量演算器６
７，７３及び放熱量演算器７１，７４には前記燃焼器２
内の温度評価場所情報が予め少なくとも２点設定されて
いる。
算器７２によって加算された後、減算器６８によって演
算器６７からの信号と差し引かれ積分器６９によって燃
焼器２部材の温度変化率が計算される。該積分器６９か
らの信号は熱応力演算器７０に入力され、前記燃焼器２
の周方向の任意の位置間の温度勾配を計算した後、積分
器３４へと出力される。ここで、前記放熱量演算器６
７，７３及び放熱量演算器７１，７４には前記燃焼器２
内の温度評価場所情報が予め少なくとも２点設定されて
いる。
【００５０】図１０は、判定器３７の内容を示したもの
である。減算器３６からの信号はスイッチ７６に入力さ
れ、燃焼器２の部材に掛る熱応力の積算値が許容範囲内
の場合は、許容信号発生器７７からの信号を表示装置１
９に出力し、該積算値が許容値を超えた場合は、異常信
号発生器７５に設定された熱応力異常の情報を前記表示
装置１９に出力する。
である。減算器３６からの信号はスイッチ７６に入力さ
れ、燃焼器２の部材に掛る熱応力の積算値が許容範囲内
の場合は、許容信号発生器７７からの信号を表示装置１
９に出力し、該積算値が許容値を超えた場合は、異常信
号発生器７５に設定された熱応力異常の情報を前記表示
装置１９に出力する。
【００５１】図１１は、判定器４４の内容を示したもの
である。減算器４３からの信号はスイッチ７９に入力さ
れ、燃焼器２内部で発生する窒素酸化物量の積算値が許
容範囲内の場合は、許容信号発生器８０からの信号を表
示装置１９に出力し、該積算値が許容値を超えた場合
は、異常信号発生器７５に設定された窒素酸化物発生量
異常の情報を前記表示装置１９に出力する。
である。減算器４３からの信号はスイッチ７９に入力さ
れ、燃焼器２内部で発生する窒素酸化物量の積算値が許
容範囲内の場合は、許容信号発生器８０からの信号を表
示装置１９に出力し、該積算値が許容値を超えた場合
は、異常信号発生器７５に設定された窒素酸化物発生量
異常の情報を前記表示装置１９に出力する。
【００５２】図１２は、判定器４９の内容を示したもの
である。燃空比演算器３９からの信号はスイッチ８２に
入力され、燃焼器２での燃空比が安定燃焼許容範囲内の
場合は、許容信号発生器８３からの信号を表示装置１９
に出力し、燃空比が火炎吹き消えまたはフラッシュバッ
ク許容値を超えた場合は、異常信号発生器８１に設定さ
れた運転状態異常の情報を前記表示装置１９に出力す
る。
である。燃空比演算器３９からの信号はスイッチ８２に
入力され、燃焼器２での燃空比が安定燃焼許容範囲内の
場合は、許容信号発生器８３からの信号を表示装置１９
に出力し、燃空比が火炎吹き消えまたはフラッシュバッ
ク許容値を超えた場合は、異常信号発生器８１に設定さ
れた運転状態異常の情報を前記表示装置１９に出力す
る。
【００５３】図１３は、制御装置６に内包されるシミュ
レータの計算フローを示したものである。まず燃焼器２
への燃料流量は以下の手順で更新される。燃焼器２の入
出力情報である燃料，空気及び燃焼ガスの温度，圧力及
び流量より、燃焼器２のエンタルピバランスを計算し、
該計算結果から火炎温度を予測し、該予測値から燃焼器
２の部材温度を予測した後、燃焼器２への燃料流量の補
正値を計算し、初期運転計画値を更新する。
レータの計算フローを示したものである。まず燃焼器２
への燃料流量は以下の手順で更新される。燃焼器２の入
出力情報である燃料，空気及び燃焼ガスの温度，圧力及
び流量より、燃焼器２のエンタルピバランスを計算し、
該計算結果から火炎温度を予測し、該予測値から燃焼器
２の部材温度を予測した後、燃焼器２への燃料流量の補
正値を計算し、初期運転計画値を更新する。
【００５４】つぎに、脱窒素酸化物装置５への添加剤量
は以下の手順で更新される。燃焼器２の入出力情報であ
る燃料，空気及び燃焼ガスの温度，圧力及び流量より、
窒素酸化物発生量を計算し、該計算結果から必要な添加
剤量を予測し、該予測値から添加剤量の補正値を計算
し、初期運転計画値を更新する。それぞれの更新された
運転計画値がプラント運転制約条件の範囲内かを判定す
る。
は以下の手順で更新される。燃焼器２の入出力情報であ
る燃料，空気及び燃焼ガスの温度，圧力及び流量より、
窒素酸化物発生量を計算し、該計算結果から必要な添加
剤量を予測し、該予測値から添加剤量の補正値を計算
し、初期運転計画値を更新する。それぞれの更新された
運転計画値がプラント運転制約条件の範囲内かを判定す
る。
【００５５】範囲外の場合は、燃料流量補正値及び添加
剤量補正値を修正し、該修正値による燃焼器２の入出力
値をもとに再計算し、運転制約条件範囲内となるように
調整する。範囲内の場合は、燃料調整弁７及び触媒添加
剤調整弁８の開度を操作すると同時に、表示装置１９に
出力することによって、更新された運転計画値をリアル
タイムで監視できるようにする。
剤量補正値を修正し、該修正値による燃焼器２の入出力
値をもとに再計算し、運転制約条件範囲内となるように
調整する。範囲内の場合は、燃料調整弁７及び触媒添加
剤調整弁８の開度を操作すると同時に、表示装置１９に
出力することによって、更新された運転計画値をリアル
タイムで監視できるようにする。
【００５６】
【発明の効果】以上の実施形態により、ガスタービンの
初期運転計画値と現状状態とを比較し、かつ燃焼器の高
温部材の熱応力を評価しながら運転状態を制御し、運転
計画値を随時更新して最適な運転状態を保持することに
よって、プラント出力を最大とする運転計画値に更新す
ることができる。また前記プラントの熱応力を最小とす
る運転計画値に更新することによりランニングコストを
抑え、ガスタービンの余寿命を本発明を使用しない場合
と比べて延長することが可能となる。更に、前記燃焼器
での発生窒素酸化物量を予測して前記排熱回収ボイラ内
の脱窒素酸化物装置への触媒添加剤投入量を先行制御す
ることによって、該添加剤の過剰投入を抑え、大気中へ
の放出量を減少することができる。
初期運転計画値と現状状態とを比較し、かつ燃焼器の高
温部材の熱応力を評価しながら運転状態を制御し、運転
計画値を随時更新して最適な運転状態を保持することに
よって、プラント出力を最大とする運転計画値に更新す
ることができる。また前記プラントの熱応力を最小とす
る運転計画値に更新することによりランニングコストを
抑え、ガスタービンの余寿命を本発明を使用しない場合
と比べて延長することが可能となる。更に、前記燃焼器
での発生窒素酸化物量を予測して前記排熱回収ボイラ内
の脱窒素酸化物装置への触媒添加剤投入量を先行制御す
ることによって、該添加剤の過剰投入を抑え、大気中へ
の放出量を減少することができる。
【図１】本発明の実施例であるガスタービン複合発電プ
ラントのシステム図。
ラントのシステム図。
【図２】図１の制御装置６のブロック回路図。
【図３】図２の燃料熱量演算器２０の内容を説明するブ
ロック回路図。
ロック回路図。
【図４】図２の火炎温度演算器２４の内容を説明するブ
ロック回路図。
ロック回路図。
【図５】図２の空気熱量演算器３８の内容を説明するブ
ロック回路図。
ロック回路図。
【図６】図２の燃空比演算器３９の内容を説明するブロ
ック回路図。
ック回路図。
【図７】図２のＮＯｘ発生量演算器４０の内容を説明す
るブロック回路図。
るブロック回路図。
【図８】図２の排ガス熱量演算器４５の内容を説明する
ブロック回路図。
ブロック回路図。
【図９】図２の熱応力演算器３３の内容を説明するブロ
ック回路図。
ック回路図。
【図１０】図２の判定器３７の内容を説明するブロック
回路図。
回路図。
【図１１】図２の判定器４４の内容を説明するブロック
回路図。
回路図。
【図１２】図２の判定器４９の内容を説明するブロック
回路図。
回路図。
【図１３】本発明の制御装置内のシミュレータの計算フ
ローを示すフローチャート。
ローを示すフローチャート。
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…排熱回収
ボイラ、５…脱窒素酸化物装置、６…制御装置、７…燃
料流量調整弁、８…触媒添加剤量調整弁、９，１１，１
４，１５…温度計、１０，１３，１６…流量計、１２…
圧力計、１７…計測情報、１８…制御信号、１９…表示
装置、２０…燃料熱量演算器、２１，２８，７２…加算
器、２２，２６，２９，３６，４３，４７，６８…減算
器、２３，３２，３４，４１，６９…積分器、２４…火
炎温度演算器、２５，３０，３５，４２，４６，５３…
定数設定器、２７，４８…ＰＩコントローラ、３１，５
２，５４，５８，６０，６１，６２…除算器、３３，７
０…熱応力演算器、３７，４４，４９…判定器、３８…
空気熱量演算器、３９…燃空比演算器、４０…ＮＯｘ発
生量演算器、４５…排ガス熱量演算器、５０…燃料エン
タルピ計算器、５１，５７，６６…乗算器、５５…エン
タルピ→温度換算器、５６…空気エンタルピ計算器、５
９…単位燃料当り発生ＮＯｘ量演算器、６３…温度効果
演算器、６４…圧力効果演算器、６５…排ガスエンタル
ピ計算器、６７，７３…放射熱量演算器、７１，７４…
放熱量演算器、７５，７８，８１…異常信号発生器、７
６，７９，８２…スイッチ、７７，８０，８３…許容信
号発生器。
ボイラ、５…脱窒素酸化物装置、６…制御装置、７…燃
料流量調整弁、８…触媒添加剤量調整弁、９，１１，１
４，１５…温度計、１０，１３，１６…流量計、１２…
圧力計、１７…計測情報、１８…制御信号、１９…表示
装置、２０…燃料熱量演算器、２１，２８，７２…加算
器、２２，２６，２９，３６，４３，４７，６８…減算
器、２３，３２，３４，４１，６９…積分器、２４…火
炎温度演算器、２５，３０，３５，４２，４６，５３…
定数設定器、２７，４８…ＰＩコントローラ、３１，５
２，５４，５８，６０，６１，６２…除算器、３３，７
０…熱応力演算器、３７，４４，４９…判定器、３８…
空気熱量演算器、３９…燃空比演算器、４０…ＮＯｘ発
生量演算器、４５…排ガス熱量演算器、５０…燃料エン
タルピ計算器、５１，５７，６６…乗算器、５５…エン
タルピ→温度換算器、５６…空気エンタルピ計算器、５
９…単位燃料当り発生ＮＯｘ量演算器、６３…温度効果
演算器、６４…圧力効果演算器、６５…排ガスエンタル
ピ計算器、６７，７３…放射熱量演算器、７１，７４…
放熱量演算器、７５，７８，８１…異常信号発生器、７
６，７９，８２…スイッチ、７７，８０，８３…許容信
号発生器。
Claims (7)
- 【請求項１】ガスタービンと該ガスタービンの排熱回収
ボイラと蒸気タービンとからなる複合発電プラントの運
転監視装置において、該プラント運転開始時に予め設定
されている運転計画値を、前記燃焼器の部材温度分布及
び発生する窒素酸化物量の予測値によって修正し、前記
プラントの現状特性に最適な運転条件となるよう運転計
画値を更新する機能を設けることを特徴とするガスター
ビン運転監視装置。 - 【請求項２】請求項１記載の機能とは、前記燃焼器部材
の温度分布によって生じる熱応力の積算値を用いて、前
記燃焼器での発生窒素酸化物量の許容値上限となるよう
投入燃料量を調整し、前記プラント出力を最大とする運
転計画値に更新する機能であることを特徴とするガスタ
ービン運転監視装置。 - 【請求項３】請求項１記載の機能とは、前記燃焼器部材
の温度分布によって生じる熱応力の積算値を、運転開始
から予定されている定期点検時に至る時間内で最小値と
なるように、前記燃焼器への投入燃料量を調整し、前記
プラントのランニングコストを最小とする運転計画値に
更新する機能であることを特徴とするガスタービン運転
監視装置。 - 【請求項４】請求項１記載の運転監視装置において、前
記燃焼器の入出熱量の情報から火炎温度を予測する機能
と、該機能の情報を基に前記燃焼器の部材温度分布を予
測する機能と、前記燃焼器の流入燃料及び流入空気の流
量，温度及び圧力情報から該燃焼器で発生する窒素酸化
物量を予測する機能とを設けることを特徴とするガスタ
ービン運転監視装置。 - 【請求項５】請求項４記載の燃焼器で発生する窒素酸化
物量を予測する機能に、該機能からの情報を基に、前記
排熱回収ボイラ内の脱窒素酸化物装置の触媒への必要添
加剤投入量の流量調整弁開度を調整する機能を付加する
ことを特徴とするガスタービン運転監視装置。 - 【請求項６】請求項４記載の機能に、ガスタービン運転
時間における該機能からの熱応力情報を積算し、前記プ
ラント全体の運転制約条件範囲内で任意の許容値を超え
ないよう、前記ガスタービンの燃料流量調整弁開度を調
整する機能を付加することを特徴とするガスタービン運
転監視装置。 - 【請求項７】請求項４ないし６のいずれか１項記載の機
能に付加し、運転計画値の初期値と更新値燃焼器の入出
熱量情報と運転の制約条件とを比較した結果を、ガスタ
ービンの制御装置に出力すると同時に、時系列データと
して表示装置に出力し、請求項２，３の機能によって新
たに生成する運転計画値を運転員が選択可能とする機能
を設けることを特徴とするガスタービン運転監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174698A JPH11218004A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | ガスタービン運転監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174698A JPH11218004A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | ガスタービン運転監視装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218004A true JPH11218004A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12063651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2174698A Pending JPH11218004A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | ガスタービン運転監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11218004A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103047678A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-17 | 刘建松 | 一种炉膛防灭火、理想化燃烧的自动控制方法 |
| JP2014159796A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 発電システム及び発電システムの運転方法 |
| US9903231B2 (en) | 2011-12-14 | 2018-02-27 | General Electric Company | System and method for warming up a steam turbine |
-
1998
- 1998-02-03 JP JP2174698A patent/JPH11218004A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9903231B2 (en) | 2011-12-14 | 2018-02-27 | General Electric Company | System and method for warming up a steam turbine |
| CN103047678A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-17 | 刘建松 | 一种炉膛防灭火、理想化燃烧的自动控制方法 |
| JP2014159796A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 発電システム及び発電システムの運転方法 |
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