JPS62111135A - ガスタ−ビン起動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はガスタービンの起動制御方法に関する。

〔発明の背景〕

第１０図、第１１図にそれぞれ従来のガスタービン燃料
制御系統及び燃料流量特性を示す、ガスタービン制御系
統は、起動制御系、速度／負荷制御系、加速度制御系、
排気温度制御系の四つに大別される。起動制御系統はガ
スタービン起動時に定められた起動プログラム信号によ
って燃料流量を制御し、ガスタービンを定格速度まで立
ち上げる。速度／負荷制御系はガスタービンが定格速度
に達してからの速度及び負荷を制御する。加速度制御系
は起動時のガスタービン加速度を定めら″れた値を越え
ないように制御するものである。排気温度制御系は排気
温度が定められた値を越えないように制御するものであ
る。切換ゲート８はこれら四つの制御信号のうちガスタ
ービンの運転状態に応じて最適な信号を選択するもので
ある。

起動装置により着火可能な速度にまで昇速されたガスタ
ービンは、着火、暖機、加速のステップを経て定格スピ
ードまで昇速される。切換ゲート８で起動制御系９が選
定さ九た後、信号発生器７で着火信号が発生し、制御装
置６で燃料制御弁の開度が制御される０着火燃料流量は
着火に最適の燃室比、となるよう制御されるが、従来の
設定値は与えられた外部条件（設計大気温度、設計燃料
仕様）のみで決定されていた。すなわち、実際にガスタ
ービンを起動する条件がこれらの値からずれていても、
一定の信号値が出されていたため、大気温度の変化、燃
料性状の変化に対して適応範囲が小さかった。又、ガス
タービン自体の情報は何ら反映されていなかった。すな
わち、ガスタービンを停止した直後（ホット状態）であ
っても、ガスタービンが停止して数日たったような状態
（コールド状態）でも全く同じ信号が出されていた。（
特開昭５８−１８７５３０参照）〔発明の概要〕 エネルギの有効利用が大きな課題となった今、ガスター
ビンに要求される条件には大変きびしいものがある。

中東やシベリアなどの内陸部では、大気温度の変化によ
り着火信頼性が低下している。鉱山などで噴出する可燃
性ガスを燃料とするガスタービンプラントは、燃料代が
無料であること、鉱山の安全につながるなど、そのメリ
ットは測りしれないものがあるが、燃料ガス濃度の変化
が大きく、低燃料濃度時には着火性が悪いという例が報
告されている。又、熱効率を上げるため、再生サイクル
のプラントが増えてきているが、再生サイクルでは、ホ
ットスタートとコールドスタートにおいて。

再生器から圧縮機吐出空気に与えられる熱エネルギの差
により、着火特性が大きく異なるという欠点があった。

寒冷時のコールドスタートでは、着火性に難点があり、
ホットスタート時には着火時の燃焼温度が上がり過ぎガ
スタービンに対する熱的負荷が大きすぎるなどの問題が
あった。

本発明の要点は、火気温度の変化による空気流量の変化
や、燃料ガス性状の変化及びガスタービン自体の状況を
判断し、常に最適な燃室比となるように制御し、高い着
火信頼性をもつガスタービン起動制御方法を得ることに
ある。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例の系統図を示す、第１０図の
制御系統に外気条件、すなわち、入口空気流量、燃料発
熱量、及び、ガスタービン温度、すなわち、ガスタービ
ン自体、あるいは、その雰囲気の温度を信号として取り
入れ補正する補正演算回路を設けることにより、外的状
況及びガスタービン自体の状況を判断し、常に、最適の
燃室比制御を達成することが出来る。

第２図は従来のガス燃料制御系統図を示す、取合１４よ
り供給される燃料ガスは速度比止弁１５でガスタービン
速度に比例した圧力に制御され、燃料ガス制御弁１６で
流量が制御される。制御弁は着火燃料流量指令により開
度が制御されるが。

一定値の指令が与えられていた。このガス系統の場合、
燃量流量は制御弁入口及び燃焼器内の空気圧力の差圧に
より決定される。すなわち、燃料入熱は大気温度の変化
及び燃料性状の変化に大きく依存する。

第３図はその変化の様子を示したものである。

横軸に大気温度を縦軸に圧縮機空気流量、燃量ガスによ
る入熱及び空気に対する入熱比を示したものである。燃
料ガス入熱及び入熱比は燃料ガスの性状（発熱量）の変
化をパラ゛メータにとって示す。

実線は設計燃料を用いた場合であり、破線は燃料の発熱
量が低下した場合、すなわち、低発熱量の燃料に変化し
たか、あるいは、鉱山から湧出するメタン予混合ガス燃
料のような場合、メタン濃度が低下したような状態を言
う、一点鎖線は、逆に、燃料の発熱量が増加した場合を
示す、この様なガス系統では、大気温度が低下した場合
には、圧縮機空気流量の増加及び圧縮吐出圧力上昇に伴
う制御弁前後の差圧減少による。燃料ガス流量自体の減
少により、入熱比が大きく低下する。さらに、空気温度
自体の低下による着火性の低下も加わり、着火性が大き
く低下する。

第１図に示す本発明を用いて、空気流量及び燃料発熱量
を感知し二点鎖線で示すような燃量流量に制御すること
により、着火に最適な入熱比に制御することが出来る。

第４図はガス焚ガスタービンにおける本発明の実施例を
示したものである。

入口空気流量の替りに圧縮機吐出空気温度を。

燃料発熱量信号として発熱量計の信号を、ガスタービン
自体の情報としてガスタービン排気室温度を使用してい
ることに特徴をもつ。圧縮機吐出空気温度の替りに、大
気温度を用いることも可能である。又、′ガスタービン
排気室温度の替りにホイールスペース温度、ケーシング
温度を用いることも可能である。

第５図は油焚ガスタービンにおける実施例を示す、油系
統では燃料流量は、燃料流量信号に応じて燃料油制御弁
（リターン弁１８）の開度を調整することにより、その
流量が制御される。燃料ポンプの吐出量は、はぼ回転数
によって決まるため、ガスタービン軸駆動である燃料ポ
ンプの吐出量は着火スピードによりほぼ決まり、圧縮機
空気流量の変化による燃料流量の変化はガスに比べ少な
い。

すなわち、燃室比の変化は少ない、しかし着火性そのも
のはガス燃料に比べ圧縮機吐出空気温度の影響を受は易
いため、この補正回路が１着火性の改善に大いに効果的
である。

一方、第６図はガスタービン自体の状態の着火性に及ぼ
す効果を定性的に示したものである。ガスタービン停止
直後に再起動させるベリーホットスタートよりも停止時
間の長いホットスタートの方が、さらに、もつと停止時
間の長いコールドスタートの方が着火最適燃室比が高い
ことがわかる。

すなわち、燃料をたくさん供給しなければいけないこと
がわかる。

第７図は再生サイクルガスタービンの系統を示すもので
あるが、図かられかるように、圧縮機を出た圧縮空気は
再生器（熱交換器）を経て燃焼器へ導かれるため、ホッ
トとコールドの状態では着火に供給される空気の温度は
大きく異なる。このため、従来の一定値制御では着火特
性に大きなバラツキがあった。寒冷時期のコールドスタ
ートでは、かえって圧縮空気の熱がうばわれる結果とな
り、着火性が低下したり、ベリーホットの状態では、再
生器の予熱エネルギが圧縮空気に加わるため、燃焼温度
が上昇しすぎるという問題が発生していた。

これらの問題は、ガスタービン自体の温度、すなわち、
ガスタービンケーシング温度や再生器温度、あるいはホ
イールスペース温度、排気室温度など間接点にガスター
ビンの状況を示す温度を検知し、補正することにより改
善される。

第８図は、ガスタービン停止時間とガスタービン自体の
温度変化、および、着火燃室此の変化を′示したもので
ある１本図ではガスタービン自体の温度の代表例として
ホイールスペース温度を用いたが排気室の温度、あるい
は、ガスタービンケーシングの温度を取り上げても同様
な傾向を示す。

このことよりガスタービン自体の状況を示す温度の代り
に、ガスタービン停止時間を用いることが可能であるこ
とがわかる。

この補正演算の一例を次式に示す。

Ｑ＝ＱｏＸｆ　（ＬＨＶ、Ｔｃｄ、Ｔ）ここに、 Ｑ　：着火燃料流量 Ｑｏ：着火燃料流量（初期値）、すなわち、設計条件で
求められた燃料流量ｆ　（ＬＨＶ、　Ｔ　ｃ　ｄ　。

Ｔ）：実際の起動条件による燃料流量補正項。この場合
１発熱量の変化を低位発熱量ＬＨＶで、圧縮空気流量を
圧縮機吐出空気温度Ｔ　ｃ　ｄで、ガスタービン自体の
温度を排気室の温度Ｔで代表させた。尚、補正項ｆは、
さらに、下記のように書くことも出来る。

ｆ　（ＬＨＶ、Ｔｃｄ、Ｔ）＝ｆｘ　（ＬＨＶｏ−ＬＨ
Ｖ）＋ｆｚ　（Ｔｃｄｏ−Ｔｃｄ）＋ｆｓ　（Ｔｏ−Ｔ
）ここに ｊｌ：燃料性状の変化による補正項、ＬＨＶｏは設計Ｌ
ＨＶ値 ｆｚ：空気流量補正項。Ｔ　ｃ　ｄ　ｏは設計大気温度
における設計圧縮空気温度。

ｆ８ニガスタービン自体の状況による補正項。

Ｔｏは標準状態すなわちコールド状態における排気室の
温度に れらの補正回路を補正演算回路１３に組み込むことによ
り、常に、安全な着火特性を持つガスタービン起動制御
方法が得られる。

第９図は第１図に示す本発明に、さらに燃料流量信号を
フィードバックすることにより、精度良く制御可能な系
統を示したものである。

なお、図中１は空気圧縮機、２はタービン、３は燃焼器
、４は発電機、５は燃料制御弁、１０は速度／負荷制御
系、１１は加速度制御系、１２は排気温度制御系、１３
は補正演算回路、１７は燃料発熱量計、１９は燃料止弁
、２０は燃料ポンプ、２１はフィルタ、２２は燃料分配
器、２３は再生器、２４は設料ガス流量計である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は従来の燃
料ガス系統図、第３図は燃室比特性図、第４図は本発明
の一実施例のガス焚ガスタービン系統図、第５図は本発
明の一実施例の油焚ガスタービン系統図、第６図はガス
タービン白熊の状況が着火性に及ぼす効果を示す図、第
７図は再生サイクルガスタービンの系統図、第８図は停
止時間とガスタービン温度の関係図、第９図はフィード
バック制御を用いた本発明の実施例の系統図、第１０ｍ
は従来のガスタービン燃料制御系統図、第１１図はガス
タービン起動特性図である。 ■ ｈ゛スフーヒ゛／走戊 ￥８図 停止ｌ：８＃ｒ問

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン起動時、プログラム制御される起動制
   御系において、 圧縮機空気流量信号、燃料発熱量信号及び前記ガスター
   ビン自体の状態を示す温度信号による補正信号を加え、
   大気条件の変化、燃料条件の変化に対応し、さらに前記
   ガスタービン自体の状態をも判断し、安全した着火、特
   性が得られるよう、常に、最適燃空比制御することを特
   徴とするガスタービン起動制御方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記圧縮空気流量
   信号の替りに、圧縮機吐出空気温度あるいは大気温度を
   用いることを特徴とするガスタービン起動制御方法。