ガスタービン燃料制御方法およびガスタービン燃料制御装置
【課題】ガスタービン燃料制御において、より適切に流量調節弁を制御できるようにする。
【解決手段】圧力取得部１０１が、燃料ガスの流量調節弁における上流圧と下流圧とを測定し、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度を測定し、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーおよび燃料ガス密度等の燃料ガス特性を測定する。そして、弁容量取得部は、上流圧や、下流圧や、燃料ガス温度や、燃料ガス特性や、流量指令値に基づいて、流量調節弁の弁容量を算出する。この弁容量から得られる弁開度に従って、流量調節弁制御部１３１が流量調節弁開度を制御する。
【解決手段】圧力取得部１０１が、燃料ガスの流量調節弁における上流圧と下流圧とを測定し、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度を測定し、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーおよび燃料ガス密度等の燃料ガス特性を測定する。そして、弁容量取得部は、上流圧や、下流圧や、燃料ガス温度や、燃料ガス特性や、流量指令値に基づいて、流量調節弁の弁容量を算出する。この弁容量から得られる弁開度に従って、流量調節弁制御部１３１が流量調節弁開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに供給される燃料ガス流量を制御するガスタービン燃料制御方法およびガスタービン燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃料ガス供給系統には、燃料ガス流量を調節する流量調節弁が設けられている。そして、ガスタービン制御装置（ガスタービン燃料制御装置）は、この流量調節弁を制御することにより、ガスタービン出力を制御する。
この流量調節弁の弁開度を取得する方法としては、例えば、式（１）を用いて、ガスタービンに供給すべき燃料流量に基づいて弁容量を算出し、ガスタービン制御装置が予め記憶する弁容量と弁開度との関係に基づいて算出した弁容量を弁開度に換算する方法が用いられている。
【０００３】
【数１】
【０００４】
ここで、Ｃｖは弁容量、Ｇrefは燃料流量指令値（ｋｇ／ｓ、キログラム毎秒）、γ０は標準ガス密度［キログラム／ニュートン・立方メートル（ｋｇ／Ｎｍ３）］、ｔはガス温度（℃、摂氏度）、Ｐ１は上流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ、キログラム毎平方センチメートルの絶対圧）、Ｐ２は下流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ）、ΔＰは上流圧と下流圧との差圧（ｋｇ／ｃｍ２、キログラム毎平方センチメートル）を、それぞれ示す。なお、ここでいう上流圧は、流量調節弁通過前の燃料ガス圧力であり、下流圧は、流量調節弁通過後の燃料ガス圧力である。
また、ガスタービンの制御に関し、特許文献１では、ガス燃料を加湿した際に、ガス燃料流量ゲインを算出してガスタービンを制御する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１６０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のガスタービン制御装置では、例えば燃料ガスカロリーなど燃料ガス特性が設計値から変化した場合、適切な弁開度指令値を得られない。また、特許文献１に記載の技術を用いても、例えば燃料ガスカロリーなど燃料ガス特性が設計値から変化した場合に、適切な弁開度指令値を得ることができず、流量調節弁を適切に制御できない。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、より適切に流量調節弁を制御可能なガスタービン燃料制御方法および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】
【０００８】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御方法であって、前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得工程と、燃料温度を取得する燃料温度取得工程と、燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得工程と、弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得工程で取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得工程で取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する弁容量算出工程と、前記弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得工程で取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程と、弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量補正工程で補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定工程と、前記弁開度決定工程で決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、前記燃焼特性取得工程は、前記第１の燃料と前記第２の燃料との混合率を取得する混合率取得工程と、前記混合率取得工程で取得した前記混合率と、前記第１の燃料のカロリーと、前記第２の燃料のカロリーとに基づいて前記混合燃料のカロリーを算出する混合燃料カロリー算出工程と、を備え、前記弁容量補正工程では、前記混合燃料カロリー算出工程で算出した前記混合燃料のカロリーに基づいて、前記弁容量を補正する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、前記燃焼特性取得工程は、前記第１の燃料の流量および密度と、前記第２の燃料の流量および密度とに基づいて、前記混合燃料の密度を算出する混合燃料密度算出工程、を備え、前記弁容量補正工程では、前記混合燃料密度算出工程で算出した前記混合燃料の密度に基づいて、前記弁容量を補正する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、前記燃料温度取得工程は、前記第１の燃料の定圧比熱と温度と流量と、前記第２の燃料の定圧比熱と温度と流量とに基づいて前記混合燃料の温度を推定する混合燃料温度推定工程、を備え、前記弁容量算出工程では、前記混合燃料温度推定手段で推定した前記混合燃料の温度に基づいて前記弁容量を算出する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記上流圧取得工程で取得した前記上流圧と、前記下流圧取得工程で取得した前記下流圧とに基づいて、前記流調調節弁前後の差圧が臨界点に達しているか否かを判定する臨界点判定工程を備え、前記臨界点判定工程にて臨界点に達していないと判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度との第１の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、前記臨界点判定工程にて臨界点に達していると判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び燃料温度との第２の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御装置は、ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御装置であって、前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得部と、燃料温度を取得する燃料温度取得部と、燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得部と、弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得部が取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得部が取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得部が取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量取得部と、弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量取得部が補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定部と、前記弁開度決定部が決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、ガスタービン発電プラントの燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。
【図２】同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置の概略構成を示す構成図である。
【図３】同実施形態において、弁開度特性記憶部が記憶するメイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係の例を示す図である。
【図４】同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。
【図５】同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、さらに他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、ガスタービン発電プラントの燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。同図に示す燃料ガス供給系統７００では、燃料ガス１供給源７０１の供給する燃料ガス１（第１の燃料）と、燃料ガス２供給源７０２の供給する燃料ガス２（第２の燃料）とを、混合器７０３が混合して混合燃料ガスを生成する。ここで、燃料ガス１と燃料ガス２とは、組成の異なるガスであり、燃料ガス１と燃料ガス２と混合率に応じて、混合燃料ガスのカロリーや密度が変化する。燃料ガス１と燃料ガス２とは、例えばＢＦＧ（Blast Furnace Gas、高炉ガス）と、ＣＯＧ（Coke Oven Gas、コークス炉ガス）とである。なお、以下では燃料ガスを単に燃料とも称する。
混合器７０３が生成した混合燃料ガスは、ガスコンプレッサーや燃料ガスヒータ（ＦＧＨ）等を経由した後、メイン燃料系統と、パイロット燃料系統と、トップハット燃料系統とに分岐される。
【００１７】
ここで、メイン燃料は、燃焼ガスを生成するために燃焼器７５１に供給される燃料であり、パイロット燃料やトップハット燃料と区別してメイン燃料と称される。パイロット燃料は、ガスタービン７５２の起動時に、メイン燃料に先立って燃焼器７５１に供給される燃料である。トップハット燃料は、燃料混合気における燃料濃度の均一化を図るために燃焼器７５１に供給される燃料である。
【００１８】
メイン燃料系統では、メイン圧力調節弁７１１が圧力を調整した混合燃料ガスが、メイン弁間配管７１２を経由してメイン流量調節弁７１３に入力される。メイン流量調節弁７１３は、入力される混合燃料ガスの流量を調節して出力する。メイン流量調節弁７１３が出力した混合燃料ガスは、メインマニホールド７１４で分岐されて、メインノズル７１５の有する複数のノズルから、燃焼器７５１の燃焼室内に供給される。
なお、点Ｐ１１１は、メイン流量調節弁７１３の上流（入口側）の点であり、点１１２は、メイン流量調節弁７１３の下流（出口側）の点である。これらの点は、後述する燃料ガス圧力等の測定箇所を示す。
【００１９】
また、パイロット燃料系統では、パイロット圧力調節弁７２１が圧力を調整した混合燃料ガスが、パイロット弁間配管７２２を経由してパイロット流量調節弁７２３に入力される。パイロット流量調節弁７２３は、入力される混合燃料ガスの流量を調節して出力する。パイロット流量調節弁７２３が出力した混合燃料ガスは、パイロットマニホールド７２４で分岐されて、パイロットノズル７２５の有する複数のノズルから、燃焼器７５１の燃焼室内に供給される。
なお、点Ｐ１２１は、パイロット流量調節弁７２３の上流（入口側）の点であり、点１２２は、パイロット流量調節弁７２３の下流（出口側）の点である。これらの点は、後述する燃料ガス圧力等の測定箇所を示す。
【００２０】
また、トップハット燃料系統では、トップハット圧力調節弁７３１が圧力を調整した混合燃料ガスがトップハット弁間配管７３２を経由してトップハット流量調節弁７３３に入力される。トップハット流量調節弁７３３は、入力される混合燃料ガスの流量を調節して出力する。トップハット流量調節弁７３３が出力した混合燃料ガスは、トップハットマニホールド７３４で分岐されて、トップハットノズル７３５の有する複数のノズルから、燃焼器７５１の燃焼室内に供給される。
なお、点Ｐ１３１はトップハット流量調節弁７３３の上流（入口側）の点であり、点１３２は、トップハット流量調節弁７３３の下流（出口側）の点である。これらの点は、後述する燃料ガス圧力等の測定箇所を示す。
【００２１】
燃焼器７５１とタービン７５２は、ガスタービンの一部を構成する。燃焼器７５１は、メインノズル７１５、パイロットノズル７２５、およびトップハットノズル７３５から供給される混合燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成し、タービン７５２に出力する。タービン７５２は、燃焼器７５１から出力される燃焼ガスを作動ガスとして回転駆動する。
【００２２】
図２は、同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置の概略構成を示す構成図である。同図において、ガスタービン燃料制御装置１００は、圧力取得部１０１と、燃料温度取得部１０２と、燃焼特性取得部１０３と、流量指令値設定部１０４と、弁容量取得部１１１と、弁開度特性記憶部１２１と、弁開度決定部１２２と、流量調節弁制御部１３１とを具備する。
ガスタービン燃料制御装置１００は、例えばガスタービンを制御するガスタービン制御装置の一部分を構成し、燃料ガスの流量調節弁の開度を調節することによってガスタービンに供給される燃料流量を調節する。
圧力取得部１０１は、点Ｐ１１１および点Ｐ１１２（図１）に設置される圧力計を有し、メイン流量調節弁７１３（図１）を通過する前の混合燃料ガスの圧力である上流圧と、メイン流量調節弁７１３を通過した後の混合燃料ガスの圧力である下流圧とを測定する。そして、圧力取得部１０１は、測定した上流圧と下流圧とを弁容量取得部１１１に出力する。
なお、メイン圧力調節弁７１１が、メイン流量調節弁７１３における上流圧と下流圧との差圧（以下、上流圧と下流圧との差圧を、単に「差圧」と称する）を一定に制御している場合、圧力取得部１０１は、この差圧の設計値を予め記憶しておき、下流圧測定値に差圧を加算して上流圧を算出するようにしてもよい。これにより、上流圧を測定する必要が無くなり、圧力計の数を削減できる。
【００２３】
燃料温度取得部１０２は、点Ｐ１１１に設置される温度計を有し、メイン流量調節弁７１３の入口における燃料ガス温度を測定する。そして、燃料温度取得部１０２は、測定した燃料ガス温度を弁容量取得部１１１に出力する。
燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１１１に設置されるガス密度計を有し、メイン流量調節弁７１３に入力される混合燃料ガス密度を測定する。また、燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１１１に設置されるガスカロリー計を有し、メイン流量調節弁７１３に入力される混合燃料ガスカロリーを測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、測定したガス密度とガスカロリーとを、弁容量取得部１１１に出力する。なお、このガス密度とガスカロリーとは、燃料成分に係わる燃焼特性の具体例である。ここでいう、燃料成分に係わる燃焼特性とは、燃料を構成する成分によって変化し、かつ、ガスタービン出力に影響する特性である。
流量指令値設定部１０４は、ガスタービン発電プラント運転員による出力設定値や外気温度等の諸条件に基づいてメイン燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値を算出し設定する。
【００２４】
弁容量取得部１１１は、弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度等との関係を示す式（２）を予め記憶している。
【００２５】
【数２】
【００２６】
ここで、Ｃvは燃料ガスカロリーおよび密度補正後の弁容量、Ｇref_baseは設計基準での燃料流量指令値（ｋｇ／ｓ、キログラム毎秒）、γ0_baseはガス密度設計基準値（ｋｇ／Ｎｍ３、キログラム／ニュートン・立方メートル）、γ0_measはガス密度測定値（ｋｇ／Ｎｍ３）、ｔはガス温度（℃、摂氏度）、Ｐ１は上流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ、キログラム毎平方センチメートルの絶対圧）、Ｐ２は下流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ）、ΔＰは上流圧と下流圧との差圧（ｋｇ／ｃｍ２、キログラム毎平方センチメートル）、ＬＨＶ_baseは燃料ガスカロリー設計基準値（ｋｃａｌ、キロカロリー）ＬＨＶ_measは燃料ガスカロリー測定値（ｋｃａｌ）を、それぞれ示す。
【００２７】
そして、弁容量取得部１１１は、圧力取得部１０１から出力される上流圧および下流圧と、燃料温度取得部１０２から出力される燃料ガス温度と、燃焼特性取得部１０３から出力されるガス密度と、流量指令値設定部１０４の設定する燃料流量指令値とを式（２）に代入して、メイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。
そして、弁容量取得部１１１は、算出したメイン流量調節弁７１３の弁容量を、弁開度決定部１２２に出力する。
【００２８】
ここで、式（２）は、式（１）に相当する、燃料ガス密度設計値および燃料ガスカロリー設計値の下での弁容量を示す右辺第１項から第３項「（Ｇref_base／２８９）√（γ0_base（ｔ＋２７３）／（１．２９２８ΔＰ（Ｐ１＋Ｐ２）））×１．０５７×（３６００／γ0_base）」と、燃料ガス密度測定値に基づいて弁容量を補正する第４項「√（γ0_base／γ0_meas）」と、燃料ガスカロリー測定値に基づいて弁容量を補正する第５項「ＬＨＶ_base／ＬＨＶ_meas」とから成る。
従って、弁容量取得部１１１は、式（２）を用いて弁容量を算出することにより、メイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する弁容量算出工程と、弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程とを実行する。
【００２９】
弁開度特性記憶部１２１は、メイン流量調節弁７１３の弁開度特性として、メイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係を予め記憶している。
図３は、弁開度特性記憶部１２１が記憶する、メイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係の例を示す図である。弁開度特性記憶部１２１は、この関係を、弁容量を入力とし弁開度を出力とする関数にて記憶する。あるいは、弁開度特性記憶部１２１が、弁容量と弁開度との関係を示すテーブルを記憶するなど、他の方法で関係を記憶するようにしてもよい。
【００３０】
弁開度決定部１２２は、弁容量取得部１１１から出力される弁容量と、弁開度特性記憶部１２１の記憶するメイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係とに基づいて、弁開度を決定する。例えば、弁開度決定部１２２は、弁開度特性記憶部１２１の記憶する弁容量と弁開度との関係を示す関数に、弁容量取得部１１１から出力される弁容量を代入して弁開度を算出し、メイン流量調節弁７１３の弁開度を算出した弁開度に決定する。
そして、弁開度決定部１２２は、決定した弁開度を流量調節弁制御部１３１に出力する。
流量調節弁制御部１３１は、弁開度決定部１２２から出力される弁開度に従って、メイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００３１】
また、ガスタービン燃料制御装置１００は、パイロット流量調節弁７２３およびトップハット流量調節弁７３３（図１）に対しても、同様に弁開度制御を行う。
すなわち、パイロット流量調節弁７２３に対して、圧力取得部１０１は、点Ｐ１２１に設置される圧力計で上流圧を測定し、点Ｐ１２２に設置される圧力計で下流圧を測定する。また、燃料温度取得部１０２は、点Ｐ１２１に設置される温度計で燃料ガス温度を測定する。また、燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１２１に設置されるガス密度計で燃料ガス密度を測定し、点Ｐ１２１に設置されるガスカロリー計で燃料ガスカロリーを測定する。また、流量指令値設定部１０４は、パイロット燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値を算出し設定する。
【００３２】
そして、弁容量取得部１１１は、これら測定値および設定値を式（２）に代入してパイロット流量調節弁７２３の弁容量を算出する。また、弁開度特性記憶部１２１は、パイロット流量調節弁７２３の弁容量と弁開度との関係を予め記憶している。そして、弁開度決定部１２２は、弁容量取得部１１１が算出する弁容量と、弁開度特性記憶部１２１の記憶する、パイロット流量調節弁７２３の弁容量と弁開度との関係とに基づいて、弁開度を決定する。そして、流量調節弁制御部１３１は、弁開度決定部１２２が決定した弁開度に従って、パイロット流量調節弁７２３の弁開度を制御する。
【００３３】
同様に、トップハット流量調節弁７３３に対して、圧力取得部１０１は、点Ｐ１３１に設置される圧力計で上流圧を測定し、点Ｐ１３２に設置される圧力計で下流圧を測定する。また、燃料温度取得部１０２は、点Ｐ１３１に設置される温度計で燃料ガス温度を測定する。また、燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１３１に設置されるガス密度計で燃料ガス密度を測定し、点Ｐ１３１に設置されるガスカロリー計で燃料ガスカロリーを測定する。また、流量指令値設定部１０４は、トップハット燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値を算出し設定する。
【００３４】
そして、弁容量取得部１１１は、これら測定値および設定値を式（２）に代入してトップハット流量調節弁７３３の弁容量を算出する。また、弁開度特性記憶部１２１は、トップハット流量調節弁７３３の弁容量と弁開度との関係を予め記憶している。そして、弁開度決定部１２２は、弁容量取得部１１１が算出する弁容量と、弁開度特性記憶部１２１の記憶する、トップハット流量調節弁７３３の弁容量と弁開度との関係とに基づいて、弁開度を決定する。そして、流量調節弁制御部１３１は、弁開度決定部１２２が決定した弁開度に従って、トップハット流量調節弁７３３の弁開度を制御する。
【００３５】
以上のように、弁容量取得部１１１は、メイン流量調節弁７１３等の上流圧や下流圧や燃料ガス温度や流量指令値に基づいて、メイン流量調節弁７１３等の弁容量を算出し、燃料ガス密度および燃料ガスカロリーに基づいて、算出した弁容量を補正する。そして、流量調節弁制御部１３１は、弁容量取得部１１１が補正した弁容量に基づく弁開度に従って、メイン流量調節弁７１３等の弁開度を制御する。
このように弁容量取得部１１１が燃料ガス密度や燃料ガスカロリーなどの燃料ガス特性に基づいて弁容量を補正するので、燃料ガス特性が設計値から変化した場合に、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【００３６】
なお、ガスタービン燃料制御装置１００が制御対象とする燃料ガス供給系統は、図１に示すものに限らない。例えば、図１の例とは異なり単一種類の燃料ガスを用いるガスタービン発電プラントにおいても、ガスタンクに蓄えられた燃料ガスの成分が重量の違いによって分離し、燃料ガスの使用状況に応じて燃料ガスカロリーや燃料ガス密度が変化することが考えられる。このようなガスタービン発電プラントにおいても、ガスタービン燃料制御装置１００が燃料ガスカロリーや燃料ガス密度に応じて燃料ガスの流量調節弁を制御することで、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【００３７】
あるいは、ガスタービン燃料制御装置１００は、図４や図５に示す燃料ガス供給系統など、燃料ガスカロリーや燃料ガス密度の変化し得る様々な燃料ガス供給系統に適用し得る。
図４は、ガスタービン燃料制御装置１００によって燃料制御される、他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。同図に示す燃料ガス供給系統８００において、燃料ガス供給源８０１は、例えば、ＢＦＧと、ＣＯＧ等の増熱ガスあるいは窒素（Ｎ２）ガス等の減熱ガスが混合された混合燃料ガスを供給する。この混合燃料ガスは、ガスコンプレッサー等を経由した後、メイン系統とバイパス系統とに分岐される。
メイン系統は、ガスタービンに燃料を供給する系統であり、メイン系統に流入した混合燃料ガスは、遮断弁８９１を経由した後、マニホールド８１５で分岐されて、ノズル８１５の有する複数のノズルから、燃焼器８５１の燃焼室内に供給される。
【００３８】
また、燃焼器８５１とタービン８５２は、ガスタービンの一部を構成し、燃焼器８５１は、ノズル８１５から供給される混合燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成し、タービン８５２に出力する。タービン８５２は、燃焼器７５１から出力される燃焼ガスを作動ガスとして回転駆動する。
【００３９】
一方、バイパス系統は、ガスタービンに供給する燃料ガス流量を調節するために、余分な燃料ガスを上流（燃料ガス供給源８０１側）へ戻す。このバイパス系統には、バイパスする燃料ガス流量を調節する２系統のバイパス流量調節弁８６１および８６２と、燃料ガス流量の微調整を行う小弁８６３とが設けられている。
バイパス系統に流入した混合燃料ガスは、バイパス流量調節弁８６１および８６２と、小弁８６３とのいずれかを通り、ガスクーラで冷却された後、燃料ガス供給系統の上流側に戻される。
【００４０】
この燃料ガス供給系統８００において、ガスタービン燃料制御装置１００が、燃料ガスカロリーや燃料ガス密度に応じて、バイパス流量調節弁８６１および８６２や小弁８６３を制御することで、より適切に流量調節弁を制御することができる。
この場合、燃料ガス供給系統８００では、ガスタービンの出力設定値等に基づいてメイン系統に供給すべき燃料ガス流量を決定し、残りの燃料ガスをバイパスさせる必要がある。
そこで、ガスタービン燃料制御装置１００は、燃料ガスカロリーおよび燃料ガス密度に応じて、まず、メイン系統に対するガス流量指令値を補正する。例えば、ガスタービン燃料制御装置１００は、式（３）を用いて、補正後のガス流量指令値を算出する。
【００４１】
【数３】
【００４２】
ここで、Ｇmain（ｋｇ／ｓ）はメイン系統への燃料流量指令値（すなわちガスタービンへの燃料供給流量指令値）、Ｇmain_col（ｋｇ／ｓ）は補正後のメイン系統への燃料流量指令値、γ0_baseはガス密度設計基準値（ｋｇ／Ｎｍ３）、γ0_measはガス密度測定値（ｋｇ／Ｎｍ３）、ＬＨＶ_baseは燃料ガスカロリー設計基準値（ｋｃａｌ）ＬＨＶ_measは燃料ガスカロリー測定値（ｋｃａｌ）を、それぞれ示す。
【００４３】
そして、ガスタービン燃料制御装置１００は、燃料ガス供給源８０１から供給されるガス流量から補正後のガス流量指令値Ｇmain_colを減算してバイパス系統への燃料流量値を算出する。このバイパス系統への燃料流量値は、カロリーおよび密度について補正後の燃料流量に相当する。そして、ガスタービン燃料制御装置１００はこのバイパス系統への燃料流量値に基づいて、バイパス流量調節弁８６１および８６２や小弁８６３の弁開度を制御する。
【００４４】
このように、ガスタービン燃料制御装置１００が燃料ガスカロリーや燃料ガス密度に応じて燃料流量の補正を行うことで、バイパス系統に流量調節弁を有する燃料ガス供給系統においても、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【００４５】
図５は、ガスタービン燃料制御装置１００によって燃料制御される、さらに他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。同図において、図１の各部に対応し、同様の機能を有する部分には、同一の符号（７０１〜７０３、７１３〜７１５、７２３〜７２５、７３３〜７３５、７５１、７５２）を付して説明を省略する。
図５に示す燃料ガス供給系統９００は、メイン燃料系統とパイロット燃料系統とトップハット燃料系統とに対して共通化された圧力調節弁９１１（親弁）および９１２（子弁）を備える点で図１の燃料ガス供給系統７００と異なるが、流量調節弁７１３と、７２３と、７３３とを用いてそれぞれメイン燃料系統と、パイロット燃料系統と、トップハット燃料系統とにおける混合ガス流量を調節する点において燃料ガス供給系統７００と同様である。
【００４６】
従って、ガスタービン燃料制御装置１００が、燃料ガス供給系統７００について説明したのと同様に流量調節弁７１３と、７２３と、７３３とを制御することにより、燃料ガス特性が設計値から変化した場合に、より適切に流量調節弁を制御することができる。
例えば、メイン燃料系統に対しては、弁容量取得部１１１は、点Ｐ１２１における上流圧や燃料ガス温度や燃料ガス密度や燃料ガスカロリーと、点Ｐ１２２における下流圧と、流量指令値設定部１０４の設定するメイン燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値とを式（２）に代入してメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。そして、この弁容量から得られる弁開度に基づいて、流量調節弁制御部１３１がメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００４７】
なお、燃焼特性取得部１０３が取得する燃料ガス特性は、上述した燃料ガスカロリーおよび燃料ガス密度に限らない。例えば、燃料ガス供給系統７００（図１）のメイン流量調節弁７１３の弁開度制御において、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーに代えて、燃料ガス特性として、燃料ガス１の流量Ｇin1と、燃料ガス２の流量Ｇin2とを取得するようにしてもよい。
この場合、燃焼特性取得部１０３は、燃料ガス１のカロリーＬＨＶin1と、燃料ガス２のカロリーＬＨＶin2とを予め記憶しておく。そして、燃焼特性取得部１０３は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス１の流量Ｇin1を測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス２の流量Ｇin2を測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、式（４）に基づいて、燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを算出する。
【００４８】
【数４】
【００４９】
そして、燃焼特性取得部１０３は、算出した燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを弁容量取得部１１１に出力する。そして、弁容量取得部１１１は、燃料ガスカロリー測定値ＬＨＶmeasに代えて燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１がメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００５０】
このように、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーを推定することにより、必要なガスカロリー計の数を削減し得る。一般にガスカロリー計は高価であり、必要数を削減することによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。
【００５１】
なお、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガス密度に代えて、燃料ガス特性として、燃料ガス１の流量Ｇin1と、燃料ガス２の流量Ｇin2とを取得するようにしてもよい。
この場合、燃焼特性取得部１０３は、燃料ガス１の密度γ0_in1と、燃料ガス２の密度γ0_in2とを予め記憶しておく。そして、燃焼特性取得部１０３は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス１の流量Ｇin1を測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス２の流量Ｇin2を測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、式（５）に基づいて、燃料ガス密度推定値γ0_estを算出する。
【００５２】
【数５】
【００５３】
そして、燃焼特性取得部１０３は、算出した燃料ガス密度推定値γ0_estを弁容量取得部１１１に出力する。そして、弁容量取得部１１１は、燃料ガス密度測定値γ0_measに代えて燃料ガス密度推定値γ0_estを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００５４】
このように、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガス密度を推定することにより、必要なガス密度計の数を削減し得る。これによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。
【００５５】
なお、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度の測定に代えて、燃料温度を推定するようにしてもよい。例えば、燃料温度取得部１０２は、燃料ガス１の定圧比熱Ｃp1と燃料ガス２の定圧比熱Ｃp2とを予め記憶しておく。そして、燃料温度取得部１０２は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス１の流量Ｇin1と温度Ｔin1とを測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス２の流量Ｇin2と温度Ｔin2とを測定する。そして、燃料温度取得部１０２は、式（６）に基づいて、燃料ガス温度推定値Ｔmixを算出する。
【００５６】
【数６】
【００５７】
そして、燃料温度取得部１０２は、算出した燃料ガス温度推定値Ｔmixを弁容量取得部１１１に出力する。そして、弁容量取得部１１１は、燃料ガス温度測定値ｔに代えて燃料ガス温度推定値Ｔmixを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００５８】
このように、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度を推定することにより、燃料ガス１の温度を測定する温度計と、燃料ガス２の温度を測定する温度計とが既に設置されている場合に、混合燃料ガスの温度を測定する温度計を設ける必要が無く、温度計の数を削減し得る。これによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。
【００５９】
なお、上述した燃料ガスカロリーの推定と、燃料ガス密度の推定と、燃料ガス温度の推定とは、独立して行われる必要は無い。従って、ガスタービン燃料制御装置１００が、上述した燃料ガスカロリーの推定と、燃料ガス密度の推定と、燃料ガス温度の推定の全て、あるいは、いずれか複数を行うようにしてもよい。
例えば、燃焼特性取得部１０３は、燃料ガス１のカロリーＬＨＶin1および密度γ0_in1と、燃料ガス２のカロリーＬＨＶin2および密度γ0_in2とを予め記憶しておく。そして、燃焼特性取得部１０３は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス１の流量Ｇin1を測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス２の流量Ｇin2を測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、式（４）に基づいて、燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを算出し、式（５）に基づいて、燃料ガス密度推定値γ0_estを算出する。
そして、燃焼特性取得部１０３は、算出した燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estと燃料ガス密度推定値γ0_estとを弁容量取得部１１１に出力する。
【００６０】
また、燃料温度取得部１０２は、燃料ガス１の定圧比熱Ｃp1と燃料ガス２の定圧比熱Ｃp2とを予め記憶しておく。そして、燃料温度取得部１０２は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス１の流量Ｇin1と温度Ｔin1とを測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス２の流量Ｇin2と温度Ｔin2とを測定する。これらのガス流量計は、燃焼特性取得部１０３と共用としてもよい。
そして、燃料温度取得部１０２は、式（６）に基づいて、燃料ガス温度推定値Ｔmixを算出し、算出した燃料ガス温度推定値Ｔmixを弁容量取得部１１１に出力する。
【００６１】
弁容量取得部１１１は、燃料ガスカロリー測定値ＬＨＶmeasに代えて燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを用い、燃料ガス密度測定値γ0_measに代えて燃料ガス密度推定値γ0_estを用い、燃料ガス温度測定値ｔに代えて燃料ガス温度推定値Ｔmixを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００６２】
このように、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーや燃料ガス密度を推定し、また、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度を推定することにより、これらのセンサを設ける必要が無く、センサ数を削減し得る。これによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。特に、燃料ガス１の流量計および燃料ガス２の流量計を、燃料ガスカロリー推定と、燃料ガス密度推定と、燃料ガス温度推定とに共通して用いることができ、より大きなセンサ数削減効果を得られる。
【００６３】
なお、流量調節弁への燃料流量が臨界流に達しているか否かに応じて、弁容量取得部１１１が算出する弁容量を変えるようにしてもよい。ここで、流量調節弁の上流圧Ｐ１と、上流圧と下流圧との差圧ΔＰとの間に、ΔＰ≧０．５Ｐ１の関係が成立するときに、燃料流量が臨界点に達し、燃料ガス流量に対する下流圧の影響を無視し得ることが知られている。
【００６４】
そこで、例えば、燃料ガス供給系統７００（図１）のメイン流量調節弁７１３の弁開度制御において、弁容量取得部１１１は、圧力取得部１０１から出力されるメイン流量調節弁７１３の上流圧Ｐ１と、メイン流量調節弁７１３の下流圧Ｐ２とに基づいて、差圧ΔＰを算出し、ΔＰ≧０．５Ｐ１が成立するか否かを判定する。そして、ΔＰ≧０．５Ｐ１が成立しないと判定したとき、すなわち臨界流に達していないと判定したときは、上記のとおり、式（２）に基づいて弁容量を算出する。
一方、ΔＰ≧０．５Ｐ１が成立すると判定したとき、すなわち臨界流に達していると判定したときは、式（２）に代えて式（７）に基づいて弁容量を算出する。
【００６５】
【数７】
【００６６】
ここで、式（７）は、式（２）で説明したのと同様、燃料ガス密度設計値および燃料ガスカロリー設計値の下での弁容量を示す右辺第１項から第３項「（Ｇref_base／２５０Ｐ１）√（γ0_base（ｔ＋２７３）／１．２９２８）×１．０５７×（３６００／γ0_base）」と、燃料ガス密度測定値に基づいて弁容量を補正する第４項「√（γ0_base／γ0_meas）」と、燃料ガスカロリー測定値に基づいて弁容量を補正する第５項「ＬＨＶ_base／ＬＨＶ_meas」とから成る。
従って、弁容量取得部１１１は、式（７）を用いて弁容量を算出することにより、メイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する弁容量算出工程と、弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程とを実行する。
以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００６７】
以上のように、弁容量取得部１１１が、燃料流量が臨界流に達しているか否かに応じて弁容量の算出式を選択することで、より流量指令値に近い燃料流量を得ることができる、すなわち、より適切に流量調節弁を制御できる。
【００６８】
なお、弁容量取得部１１１が、燃料流量が臨界流に達しているか否かに応じて弁容量の算出式を選択する場合も、上記のように、燃料ガスカロリーの推定や、燃料ガス密度の推定や、燃料ガス温度の推定を行うようにしてもよい。
【００６９】
なお、ガスタービン燃料制御装置１００の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１００ ガスタービン燃料制御装置
１０１ 圧力取得部
１０２ 燃料温度取得部
１０３ 燃焼特性取得部
１０４ 流量指令値設定部
１１１ 弁容量取得部
１２１ 弁開度特性記憶部
１２２ 弁開度決定部
１３１ 流量調節弁制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに供給される燃料ガス流量を制御するガスタービン燃料制御方法およびガスタービン燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃料ガス供給系統には、燃料ガス流量を調節する流量調節弁が設けられている。そして、ガスタービン制御装置（ガスタービン燃料制御装置）は、この流量調節弁を制御することにより、ガスタービン出力を制御する。
この流量調節弁の弁開度を取得する方法としては、例えば、式（１）を用いて、ガスタービンに供給すべき燃料流量に基づいて弁容量を算出し、ガスタービン制御装置が予め記憶する弁容量と弁開度との関係に基づいて算出した弁容量を弁開度に換算する方法が用いられている。
【０００３】
【数１】
【０００４】
ここで、Ｃｖは弁容量、Ｇrefは燃料流量指令値（ｋｇ／ｓ、キログラム毎秒）、γ０は標準ガス密度［キログラム／ニュートン・立方メートル（ｋｇ／Ｎｍ３）］、ｔはガス温度（℃、摂氏度）、Ｐ１は上流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ、キログラム毎平方センチメートルの絶対圧）、Ｐ２は下流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ）、ΔＰは上流圧と下流圧との差圧（ｋｇ／ｃｍ２、キログラム毎平方センチメートル）を、それぞれ示す。なお、ここでいう上流圧は、流量調節弁通過前の燃料ガス圧力であり、下流圧は、流量調節弁通過後の燃料ガス圧力である。
また、ガスタービンの制御に関し、特許文献１では、ガス燃料を加湿した際に、ガス燃料流量ゲインを算出してガスタービンを制御する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１６０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のガスタービン制御装置では、例えば燃料ガスカロリーなど燃料ガス特性が設計値から変化した場合、適切な弁開度指令値を得られない。また、特許文献１に記載の技術を用いても、例えば燃料ガスカロリーなど燃料ガス特性が設計値から変化した場合に、適切な弁開度指令値を得ることができず、流量調節弁を適切に制御できない。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、より適切に流量調節弁を制御可能なガスタービン燃料制御方法および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】
【０００８】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御方法であって、前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得工程と、燃料温度を取得する燃料温度取得工程と、燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得工程と、弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得工程で取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得工程で取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する弁容量算出工程と、前記弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得工程で取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程と、弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量補正工程で補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定工程と、前記弁開度決定工程で決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、前記燃焼特性取得工程は、前記第１の燃料と前記第２の燃料との混合率を取得する混合率取得工程と、前記混合率取得工程で取得した前記混合率と、前記第１の燃料のカロリーと、前記第２の燃料のカロリーとに基づいて前記混合燃料のカロリーを算出する混合燃料カロリー算出工程と、を備え、前記弁容量補正工程では、前記混合燃料カロリー算出工程で算出した前記混合燃料のカロリーに基づいて、前記弁容量を補正する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、前記燃焼特性取得工程は、前記第１の燃料の流量および密度と、前記第２の燃料の流量および密度とに基づいて、前記混合燃料の密度を算出する混合燃料密度算出工程、を備え、前記弁容量補正工程では、前記混合燃料密度算出工程で算出した前記混合燃料の密度に基づいて、前記弁容量を補正する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、前記燃料温度取得工程は、前記第１の燃料の定圧比熱と温度と流量と、前記第２の燃料の定圧比熱と温度と流量とに基づいて前記混合燃料の温度を推定する混合燃料温度推定工程、を備え、前記弁容量算出工程では、前記混合燃料温度推定手段で推定した前記混合燃料の温度に基づいて前記弁容量を算出する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御方法は、上述のガスタービン燃料制御方法であって、前記上流圧取得工程で取得した前記上流圧と、前記下流圧取得工程で取得した前記下流圧とに基づいて、前記流調調節弁前後の差圧が臨界点に達しているか否かを判定する臨界点判定工程を備え、前記臨界点判定工程にて臨界点に達していないと判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度との第１の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、前記臨界点判定工程にて臨界点に達していると判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び燃料温度との第２の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様によるガスタービン燃料制御装置は、ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御装置であって、前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得部と、燃料温度を取得する燃料温度取得部と、燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得部と、弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得部が取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得部が取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得部が取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量取得部と、弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量取得部が補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定部と、前記弁開度決定部が決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、ガスタービン発電プラントの燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。
【図２】同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置の概略構成を示す構成図である。
【図３】同実施形態において、弁開度特性記憶部が記憶するメイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係の例を示す図である。
【図４】同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。
【図５】同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、さらに他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるガスタービン燃料制御装置によって燃料制御される、ガスタービン発電プラントの燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。同図に示す燃料ガス供給系統７００では、燃料ガス１供給源７０１の供給する燃料ガス１（第１の燃料）と、燃料ガス２供給源７０２の供給する燃料ガス２（第２の燃料）とを、混合器７０３が混合して混合燃料ガスを生成する。ここで、燃料ガス１と燃料ガス２とは、組成の異なるガスであり、燃料ガス１と燃料ガス２と混合率に応じて、混合燃料ガスのカロリーや密度が変化する。燃料ガス１と燃料ガス２とは、例えばＢＦＧ（Blast Furnace Gas、高炉ガス）と、ＣＯＧ（Coke Oven Gas、コークス炉ガス）とである。なお、以下では燃料ガスを単に燃料とも称する。
混合器７０３が生成した混合燃料ガスは、ガスコンプレッサーや燃料ガスヒータ（ＦＧＨ）等を経由した後、メイン燃料系統と、パイロット燃料系統と、トップハット燃料系統とに分岐される。
【００１７】
ここで、メイン燃料は、燃焼ガスを生成するために燃焼器７５１に供給される燃料であり、パイロット燃料やトップハット燃料と区別してメイン燃料と称される。パイロット燃料は、ガスタービン７５２の起動時に、メイン燃料に先立って燃焼器７５１に供給される燃料である。トップハット燃料は、燃料混合気における燃料濃度の均一化を図るために燃焼器７５１に供給される燃料である。
【００１８】
メイン燃料系統では、メイン圧力調節弁７１１が圧力を調整した混合燃料ガスが、メイン弁間配管７１２を経由してメイン流量調節弁７１３に入力される。メイン流量調節弁７１３は、入力される混合燃料ガスの流量を調節して出力する。メイン流量調節弁７１３が出力した混合燃料ガスは、メインマニホールド７１４で分岐されて、メインノズル７１５の有する複数のノズルから、燃焼器７５１の燃焼室内に供給される。
なお、点Ｐ１１１は、メイン流量調節弁７１３の上流（入口側）の点であり、点１１２は、メイン流量調節弁７１３の下流（出口側）の点である。これらの点は、後述する燃料ガス圧力等の測定箇所を示す。
【００１９】
また、パイロット燃料系統では、パイロット圧力調節弁７２１が圧力を調整した混合燃料ガスが、パイロット弁間配管７２２を経由してパイロット流量調節弁７２３に入力される。パイロット流量調節弁７２３は、入力される混合燃料ガスの流量を調節して出力する。パイロット流量調節弁７２３が出力した混合燃料ガスは、パイロットマニホールド７２４で分岐されて、パイロットノズル７２５の有する複数のノズルから、燃焼器７５１の燃焼室内に供給される。
なお、点Ｐ１２１は、パイロット流量調節弁７２３の上流（入口側）の点であり、点１２２は、パイロット流量調節弁７２３の下流（出口側）の点である。これらの点は、後述する燃料ガス圧力等の測定箇所を示す。
【００２０】
また、トップハット燃料系統では、トップハット圧力調節弁７３１が圧力を調整した混合燃料ガスがトップハット弁間配管７３２を経由してトップハット流量調節弁７３３に入力される。トップハット流量調節弁７３３は、入力される混合燃料ガスの流量を調節して出力する。トップハット流量調節弁７３３が出力した混合燃料ガスは、トップハットマニホールド７３４で分岐されて、トップハットノズル７３５の有する複数のノズルから、燃焼器７５１の燃焼室内に供給される。
なお、点Ｐ１３１はトップハット流量調節弁７３３の上流（入口側）の点であり、点１３２は、トップハット流量調節弁７３３の下流（出口側）の点である。これらの点は、後述する燃料ガス圧力等の測定箇所を示す。
【００２１】
燃焼器７５１とタービン７５２は、ガスタービンの一部を構成する。燃焼器７５１は、メインノズル７１５、パイロットノズル７２５、およびトップハットノズル７３５から供給される混合燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成し、タービン７５２に出力する。タービン７５２は、燃焼器７５１から出力される燃焼ガスを作動ガスとして回転駆動する。
【００２２】
図２は、同実施形態におけるガスタービン燃料制御装置の概略構成を示す構成図である。同図において、ガスタービン燃料制御装置１００は、圧力取得部１０１と、燃料温度取得部１０２と、燃焼特性取得部１０３と、流量指令値設定部１０４と、弁容量取得部１１１と、弁開度特性記憶部１２１と、弁開度決定部１２２と、流量調節弁制御部１３１とを具備する。
ガスタービン燃料制御装置１００は、例えばガスタービンを制御するガスタービン制御装置の一部分を構成し、燃料ガスの流量調節弁の開度を調節することによってガスタービンに供給される燃料流量を調節する。
圧力取得部１０１は、点Ｐ１１１および点Ｐ１１２（図１）に設置される圧力計を有し、メイン流量調節弁７１３（図１）を通過する前の混合燃料ガスの圧力である上流圧と、メイン流量調節弁７１３を通過した後の混合燃料ガスの圧力である下流圧とを測定する。そして、圧力取得部１０１は、測定した上流圧と下流圧とを弁容量取得部１１１に出力する。
なお、メイン圧力調節弁７１１が、メイン流量調節弁７１３における上流圧と下流圧との差圧（以下、上流圧と下流圧との差圧を、単に「差圧」と称する）を一定に制御している場合、圧力取得部１０１は、この差圧の設計値を予め記憶しておき、下流圧測定値に差圧を加算して上流圧を算出するようにしてもよい。これにより、上流圧を測定する必要が無くなり、圧力計の数を削減できる。
【００２３】
燃料温度取得部１０２は、点Ｐ１１１に設置される温度計を有し、メイン流量調節弁７１３の入口における燃料ガス温度を測定する。そして、燃料温度取得部１０２は、測定した燃料ガス温度を弁容量取得部１１１に出力する。
燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１１１に設置されるガス密度計を有し、メイン流量調節弁７１３に入力される混合燃料ガス密度を測定する。また、燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１１１に設置されるガスカロリー計を有し、メイン流量調節弁７１３に入力される混合燃料ガスカロリーを測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、測定したガス密度とガスカロリーとを、弁容量取得部１１１に出力する。なお、このガス密度とガスカロリーとは、燃料成分に係わる燃焼特性の具体例である。ここでいう、燃料成分に係わる燃焼特性とは、燃料を構成する成分によって変化し、かつ、ガスタービン出力に影響する特性である。
流量指令値設定部１０４は、ガスタービン発電プラント運転員による出力設定値や外気温度等の諸条件に基づいてメイン燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値を算出し設定する。
【００２４】
弁容量取得部１１１は、弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度等との関係を示す式（２）を予め記憶している。
【００２５】
【数２】
【００２６】
ここで、Ｃvは燃料ガスカロリーおよび密度補正後の弁容量、Ｇref_baseは設計基準での燃料流量指令値（ｋｇ／ｓ、キログラム毎秒）、γ0_baseはガス密度設計基準値（ｋｇ／Ｎｍ３、キログラム／ニュートン・立方メートル）、γ0_measはガス密度測定値（ｋｇ／Ｎｍ３）、ｔはガス温度（℃、摂氏度）、Ｐ１は上流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ、キログラム毎平方センチメートルの絶対圧）、Ｐ２は下流圧（ｋｇ／ｃｍ２ａ）、ΔＰは上流圧と下流圧との差圧（ｋｇ／ｃｍ２、キログラム毎平方センチメートル）、ＬＨＶ_baseは燃料ガスカロリー設計基準値（ｋｃａｌ、キロカロリー）ＬＨＶ_measは燃料ガスカロリー測定値（ｋｃａｌ）を、それぞれ示す。
【００２７】
そして、弁容量取得部１１１は、圧力取得部１０１から出力される上流圧および下流圧と、燃料温度取得部１０２から出力される燃料ガス温度と、燃焼特性取得部１０３から出力されるガス密度と、流量指令値設定部１０４の設定する燃料流量指令値とを式（２）に代入して、メイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。
そして、弁容量取得部１１１は、算出したメイン流量調節弁７１３の弁容量を、弁開度決定部１２２に出力する。
【００２８】
ここで、式（２）は、式（１）に相当する、燃料ガス密度設計値および燃料ガスカロリー設計値の下での弁容量を示す右辺第１項から第３項「（Ｇref_base／２８９）√（γ0_base（ｔ＋２７３）／（１．２９２８ΔＰ（Ｐ１＋Ｐ２）））×１．０５７×（３６００／γ0_base）」と、燃料ガス密度測定値に基づいて弁容量を補正する第４項「√（γ0_base／γ0_meas）」と、燃料ガスカロリー測定値に基づいて弁容量を補正する第５項「ＬＨＶ_base／ＬＨＶ_meas」とから成る。
従って、弁容量取得部１１１は、式（２）を用いて弁容量を算出することにより、メイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する弁容量算出工程と、弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程とを実行する。
【００２９】
弁開度特性記憶部１２１は、メイン流量調節弁７１３の弁開度特性として、メイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係を予め記憶している。
図３は、弁開度特性記憶部１２１が記憶する、メイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係の例を示す図である。弁開度特性記憶部１２１は、この関係を、弁容量を入力とし弁開度を出力とする関数にて記憶する。あるいは、弁開度特性記憶部１２１が、弁容量と弁開度との関係を示すテーブルを記憶するなど、他の方法で関係を記憶するようにしてもよい。
【００３０】
弁開度決定部１２２は、弁容量取得部１１１から出力される弁容量と、弁開度特性記憶部１２１の記憶するメイン流量調節弁７１３の弁容量と弁開度との関係とに基づいて、弁開度を決定する。例えば、弁開度決定部１２２は、弁開度特性記憶部１２１の記憶する弁容量と弁開度との関係を示す関数に、弁容量取得部１１１から出力される弁容量を代入して弁開度を算出し、メイン流量調節弁７１３の弁開度を算出した弁開度に決定する。
そして、弁開度決定部１２２は、決定した弁開度を流量調節弁制御部１３１に出力する。
流量調節弁制御部１３１は、弁開度決定部１２２から出力される弁開度に従って、メイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００３１】
また、ガスタービン燃料制御装置１００は、パイロット流量調節弁７２３およびトップハット流量調節弁７３３（図１）に対しても、同様に弁開度制御を行う。
すなわち、パイロット流量調節弁７２３に対して、圧力取得部１０１は、点Ｐ１２１に設置される圧力計で上流圧を測定し、点Ｐ１２２に設置される圧力計で下流圧を測定する。また、燃料温度取得部１０２は、点Ｐ１２１に設置される温度計で燃料ガス温度を測定する。また、燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１２１に設置されるガス密度計で燃料ガス密度を測定し、点Ｐ１２１に設置されるガスカロリー計で燃料ガスカロリーを測定する。また、流量指令値設定部１０４は、パイロット燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値を算出し設定する。
【００３２】
そして、弁容量取得部１１１は、これら測定値および設定値を式（２）に代入してパイロット流量調節弁７２３の弁容量を算出する。また、弁開度特性記憶部１２１は、パイロット流量調節弁７２３の弁容量と弁開度との関係を予め記憶している。そして、弁開度決定部１２２は、弁容量取得部１１１が算出する弁容量と、弁開度特性記憶部１２１の記憶する、パイロット流量調節弁７２３の弁容量と弁開度との関係とに基づいて、弁開度を決定する。そして、流量調節弁制御部１３１は、弁開度決定部１２２が決定した弁開度に従って、パイロット流量調節弁７２３の弁開度を制御する。
【００３３】
同様に、トップハット流量調節弁７３３に対して、圧力取得部１０１は、点Ｐ１３１に設置される圧力計で上流圧を測定し、点Ｐ１３２に設置される圧力計で下流圧を測定する。また、燃料温度取得部１０２は、点Ｐ１３１に設置される温度計で燃料ガス温度を測定する。また、燃焼特性取得部１０３は、点Ｐ１３１に設置されるガス密度計で燃料ガス密度を測定し、点Ｐ１３１に設置されるガスカロリー計で燃料ガスカロリーを測定する。また、流量指令値設定部１０４は、トップハット燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値を算出し設定する。
【００３４】
そして、弁容量取得部１１１は、これら測定値および設定値を式（２）に代入してトップハット流量調節弁７３３の弁容量を算出する。また、弁開度特性記憶部１２１は、トップハット流量調節弁７３３の弁容量と弁開度との関係を予め記憶している。そして、弁開度決定部１２２は、弁容量取得部１１１が算出する弁容量と、弁開度特性記憶部１２１の記憶する、トップハット流量調節弁７３３の弁容量と弁開度との関係とに基づいて、弁開度を決定する。そして、流量調節弁制御部１３１は、弁開度決定部１２２が決定した弁開度に従って、トップハット流量調節弁７３３の弁開度を制御する。
【００３５】
以上のように、弁容量取得部１１１は、メイン流量調節弁７１３等の上流圧や下流圧や燃料ガス温度や流量指令値に基づいて、メイン流量調節弁７１３等の弁容量を算出し、燃料ガス密度および燃料ガスカロリーに基づいて、算出した弁容量を補正する。そして、流量調節弁制御部１３１は、弁容量取得部１１１が補正した弁容量に基づく弁開度に従って、メイン流量調節弁７１３等の弁開度を制御する。
このように弁容量取得部１１１が燃料ガス密度や燃料ガスカロリーなどの燃料ガス特性に基づいて弁容量を補正するので、燃料ガス特性が設計値から変化した場合に、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【００３６】
なお、ガスタービン燃料制御装置１００が制御対象とする燃料ガス供給系統は、図１に示すものに限らない。例えば、図１の例とは異なり単一種類の燃料ガスを用いるガスタービン発電プラントにおいても、ガスタンクに蓄えられた燃料ガスの成分が重量の違いによって分離し、燃料ガスの使用状況に応じて燃料ガスカロリーや燃料ガス密度が変化することが考えられる。このようなガスタービン発電プラントにおいても、ガスタービン燃料制御装置１００が燃料ガスカロリーや燃料ガス密度に応じて燃料ガスの流量調節弁を制御することで、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【００３７】
あるいは、ガスタービン燃料制御装置１００は、図４や図５に示す燃料ガス供給系統など、燃料ガスカロリーや燃料ガス密度の変化し得る様々な燃料ガス供給系統に適用し得る。
図４は、ガスタービン燃料制御装置１００によって燃料制御される、他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。同図に示す燃料ガス供給系統８００において、燃料ガス供給源８０１は、例えば、ＢＦＧと、ＣＯＧ等の増熱ガスあるいは窒素（Ｎ２）ガス等の減熱ガスが混合された混合燃料ガスを供給する。この混合燃料ガスは、ガスコンプレッサー等を経由した後、メイン系統とバイパス系統とに分岐される。
メイン系統は、ガスタービンに燃料を供給する系統であり、メイン系統に流入した混合燃料ガスは、遮断弁８９１を経由した後、マニホールド８１５で分岐されて、ノズル８１５の有する複数のノズルから、燃焼器８５１の燃焼室内に供給される。
【００３８】
また、燃焼器８５１とタービン８５２は、ガスタービンの一部を構成し、燃焼器８５１は、ノズル８１５から供給される混合燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成し、タービン８５２に出力する。タービン８５２は、燃焼器７５１から出力される燃焼ガスを作動ガスとして回転駆動する。
【００３９】
一方、バイパス系統は、ガスタービンに供給する燃料ガス流量を調節するために、余分な燃料ガスを上流（燃料ガス供給源８０１側）へ戻す。このバイパス系統には、バイパスする燃料ガス流量を調節する２系統のバイパス流量調節弁８６１および８６２と、燃料ガス流量の微調整を行う小弁８６３とが設けられている。
バイパス系統に流入した混合燃料ガスは、バイパス流量調節弁８６１および８６２と、小弁８６３とのいずれかを通り、ガスクーラで冷却された後、燃料ガス供給系統の上流側に戻される。
【００４０】
この燃料ガス供給系統８００において、ガスタービン燃料制御装置１００が、燃料ガスカロリーや燃料ガス密度に応じて、バイパス流量調節弁８６１および８６２や小弁８６３を制御することで、より適切に流量調節弁を制御することができる。
この場合、燃料ガス供給系統８００では、ガスタービンの出力設定値等に基づいてメイン系統に供給すべき燃料ガス流量を決定し、残りの燃料ガスをバイパスさせる必要がある。
そこで、ガスタービン燃料制御装置１００は、燃料ガスカロリーおよび燃料ガス密度に応じて、まず、メイン系統に対するガス流量指令値を補正する。例えば、ガスタービン燃料制御装置１００は、式（３）を用いて、補正後のガス流量指令値を算出する。
【００４１】
【数３】
【００４２】
ここで、Ｇmain（ｋｇ／ｓ）はメイン系統への燃料流量指令値（すなわちガスタービンへの燃料供給流量指令値）、Ｇmain_col（ｋｇ／ｓ）は補正後のメイン系統への燃料流量指令値、γ0_baseはガス密度設計基準値（ｋｇ／Ｎｍ３）、γ0_measはガス密度測定値（ｋｇ／Ｎｍ３）、ＬＨＶ_baseは燃料ガスカロリー設計基準値（ｋｃａｌ）ＬＨＶ_measは燃料ガスカロリー測定値（ｋｃａｌ）を、それぞれ示す。
【００４３】
そして、ガスタービン燃料制御装置１００は、燃料ガス供給源８０１から供給されるガス流量から補正後のガス流量指令値Ｇmain_colを減算してバイパス系統への燃料流量値を算出する。このバイパス系統への燃料流量値は、カロリーおよび密度について補正後の燃料流量に相当する。そして、ガスタービン燃料制御装置１００はこのバイパス系統への燃料流量値に基づいて、バイパス流量調節弁８６１および８６２や小弁８６３の弁開度を制御する。
【００４４】
このように、ガスタービン燃料制御装置１００が燃料ガスカロリーや燃料ガス密度に応じて燃料流量の補正を行うことで、バイパス系統に流量調節弁を有する燃料ガス供給系統においても、より適切に流量調節弁を制御することができる。
【００４５】
図５は、ガスタービン燃料制御装置１００によって燃料制御される、さらに他の燃料ガス供給系統の概略構成例を示す構成図である。同図において、図１の各部に対応し、同様の機能を有する部分には、同一の符号（７０１〜７０３、７１３〜７１５、７２３〜７２５、７３３〜７３５、７５１、７５２）を付して説明を省略する。
図５に示す燃料ガス供給系統９００は、メイン燃料系統とパイロット燃料系統とトップハット燃料系統とに対して共通化された圧力調節弁９１１（親弁）および９１２（子弁）を備える点で図１の燃料ガス供給系統７００と異なるが、流量調節弁７１３と、７２３と、７３３とを用いてそれぞれメイン燃料系統と、パイロット燃料系統と、トップハット燃料系統とにおける混合ガス流量を調節する点において燃料ガス供給系統７００と同様である。
【００４６】
従って、ガスタービン燃料制御装置１００が、燃料ガス供給系統７００について説明したのと同様に流量調節弁７１３と、７２３と、７３３とを制御することにより、燃料ガス特性が設計値から変化した場合に、より適切に流量調節弁を制御することができる。
例えば、メイン燃料系統に対しては、弁容量取得部１１１は、点Ｐ１２１における上流圧や燃料ガス温度や燃料ガス密度や燃料ガスカロリーと、点Ｐ１２２における下流圧と、流量指令値設定部１０４の設定するメイン燃料系統から燃焼器７５１への燃料流量指令値とを式（２）に代入してメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。そして、この弁容量から得られる弁開度に基づいて、流量調節弁制御部１３１がメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００４７】
なお、燃焼特性取得部１０３が取得する燃料ガス特性は、上述した燃料ガスカロリーおよび燃料ガス密度に限らない。例えば、燃料ガス供給系統７００（図１）のメイン流量調節弁７１３の弁開度制御において、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーに代えて、燃料ガス特性として、燃料ガス１の流量Ｇin1と、燃料ガス２の流量Ｇin2とを取得するようにしてもよい。
この場合、燃焼特性取得部１０３は、燃料ガス１のカロリーＬＨＶin1と、燃料ガス２のカロリーＬＨＶin2とを予め記憶しておく。そして、燃焼特性取得部１０３は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス１の流量Ｇin1を測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス２の流量Ｇin2を測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、式（４）に基づいて、燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを算出する。
【００４８】
【数４】
【００４９】
そして、燃焼特性取得部１０３は、算出した燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを弁容量取得部１１１に出力する。そして、弁容量取得部１１１は、燃料ガスカロリー測定値ＬＨＶmeasに代えて燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１がメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００５０】
このように、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーを推定することにより、必要なガスカロリー計の数を削減し得る。一般にガスカロリー計は高価であり、必要数を削減することによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。
【００５１】
なお、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガス密度に代えて、燃料ガス特性として、燃料ガス１の流量Ｇin1と、燃料ガス２の流量Ｇin2とを取得するようにしてもよい。
この場合、燃焼特性取得部１０３は、燃料ガス１の密度γ0_in1と、燃料ガス２の密度γ0_in2とを予め記憶しておく。そして、燃焼特性取得部１０３は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス１の流量Ｇin1を測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス２の流量Ｇin2を測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、式（５）に基づいて、燃料ガス密度推定値γ0_estを算出する。
【００５２】
【数５】
【００５３】
そして、燃焼特性取得部１０３は、算出した燃料ガス密度推定値γ0_estを弁容量取得部１１１に出力する。そして、弁容量取得部１１１は、燃料ガス密度測定値γ0_measに代えて燃料ガス密度推定値γ0_estを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００５４】
このように、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガス密度を推定することにより、必要なガス密度計の数を削減し得る。これによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。
【００５５】
なお、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度の測定に代えて、燃料温度を推定するようにしてもよい。例えば、燃料温度取得部１０２は、燃料ガス１の定圧比熱Ｃp1と燃料ガス２の定圧比熱Ｃp2とを予め記憶しておく。そして、燃料温度取得部１０２は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス１の流量Ｇin1と温度Ｔin1とを測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス２の流量Ｇin2と温度Ｔin2とを測定する。そして、燃料温度取得部１０２は、式（６）に基づいて、燃料ガス温度推定値Ｔmixを算出する。
【００５６】
【数６】
【００５７】
そして、燃料温度取得部１０２は、算出した燃料ガス温度推定値Ｔmixを弁容量取得部１１１に出力する。そして、弁容量取得部１１１は、燃料ガス温度測定値ｔに代えて燃料ガス温度推定値Ｔmixを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００５８】
このように、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度を推定することにより、燃料ガス１の温度を測定する温度計と、燃料ガス２の温度を測定する温度計とが既に設置されている場合に、混合燃料ガスの温度を測定する温度計を設ける必要が無く、温度計の数を削減し得る。これによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。
【００５９】
なお、上述した燃料ガスカロリーの推定と、燃料ガス密度の推定と、燃料ガス温度の推定とは、独立して行われる必要は無い。従って、ガスタービン燃料制御装置１００が、上述した燃料ガスカロリーの推定と、燃料ガス密度の推定と、燃料ガス温度の推定の全て、あるいは、いずれか複数を行うようにしてもよい。
例えば、燃焼特性取得部１０３は、燃料ガス１のカロリーＬＨＶin1および密度γ0_in1と、燃料ガス２のカロリーＬＨＶin2および密度γ0_in2とを予め記憶しておく。そして、燃焼特性取得部１０３は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス１の流量Ｇin1を測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計を有し、燃料ガス２の流量Ｇin2を測定する。そして、燃焼特性取得部１０３は、式（４）に基づいて、燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを算出し、式（５）に基づいて、燃料ガス密度推定値γ0_estを算出する。
そして、燃焼特性取得部１０３は、算出した燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estと燃料ガス密度推定値γ0_estとを弁容量取得部１１１に出力する。
【００６０】
また、燃料温度取得部１０２は、燃料ガス１の定圧比熱Ｃp1と燃料ガス２の定圧比熱Ｃp2とを予め記憶しておく。そして、燃料温度取得部１０２は、例えば、燃料ガス１供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス１の流量Ｇin1と温度Ｔin1とを測定する。また、燃料ガス２供給源の出口にガス流量計と温度計とを有し、燃料ガス２の流量Ｇin2と温度Ｔin2とを測定する。これらのガス流量計は、燃焼特性取得部１０３と共用としてもよい。
そして、燃料温度取得部１０２は、式（６）に基づいて、燃料ガス温度推定値Ｔmixを算出し、算出した燃料ガス温度推定値Ｔmixを弁容量取得部１１１に出力する。
【００６１】
弁容量取得部１１１は、燃料ガスカロリー測定値ＬＨＶmeasに代えて燃料ガスカロリー推定値ＬＨＶ_estを用い、燃料ガス密度測定値γ0_measに代えて燃料ガス密度推定値γ0_estを用い、燃料ガス温度測定値ｔに代えて燃料ガス温度推定値Ｔmixを用いて、上記と同様に、式（２）に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する。以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００６２】
このように、燃焼特性取得部１０３が、燃料ガスカロリーや燃料ガス密度を推定し、また、燃料温度取得部１０２が、燃料ガス温度を推定することにより、これらのセンサを設ける必要が無く、センサ数を削減し得る。これによりガスタービン燃料制御装置１００の製造コストを低減し得る。特に、燃料ガス１の流量計および燃料ガス２の流量計を、燃料ガスカロリー推定と、燃料ガス密度推定と、燃料ガス温度推定とに共通して用いることができ、より大きなセンサ数削減効果を得られる。
【００６３】
なお、流量調節弁への燃料流量が臨界流に達しているか否かに応じて、弁容量取得部１１１が算出する弁容量を変えるようにしてもよい。ここで、流量調節弁の上流圧Ｐ１と、上流圧と下流圧との差圧ΔＰとの間に、ΔＰ≧０．５Ｐ１の関係が成立するときに、燃料流量が臨界点に達し、燃料ガス流量に対する下流圧の影響を無視し得ることが知られている。
【００６４】
そこで、例えば、燃料ガス供給系統７００（図１）のメイン流量調節弁７１３の弁開度制御において、弁容量取得部１１１は、圧力取得部１０１から出力されるメイン流量調節弁７１３の上流圧Ｐ１と、メイン流量調節弁７１３の下流圧Ｐ２とに基づいて、差圧ΔＰを算出し、ΔＰ≧０．５Ｐ１が成立するか否かを判定する。そして、ΔＰ≧０．５Ｐ１が成立しないと判定したとき、すなわち臨界流に達していないと判定したときは、上記のとおり、式（２）に基づいて弁容量を算出する。
一方、ΔＰ≧０．５Ｐ１が成立すると判定したとき、すなわち臨界流に達していると判定したときは、式（２）に代えて式（７）に基づいて弁容量を算出する。
【００６５】
【数７】
【００６６】
ここで、式（７）は、式（２）で説明したのと同様、燃料ガス密度設計値および燃料ガスカロリー設計値の下での弁容量を示す右辺第１項から第３項「（Ｇref_base／２５０Ｐ１）√（γ0_base（ｔ＋２７３）／１．２９２８）×１．０５７×（３６００／γ0_base）」と、燃料ガス密度測定値に基づいて弁容量を補正する第４項「√（γ0_base／γ0_meas）」と、燃料ガスカロリー測定値に基づいて弁容量を補正する第５項「ＬＨＶ_base／ＬＨＶ_meas」とから成る。
従って、弁容量取得部１１１は、式（７）を用いて弁容量を算出することにより、メイン流量調節弁７１３の弁容量を算出する弁容量算出工程と、弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程とを実行する。
以下、上記と同様に、弁開度決定部１２２が弁容量に基づいて弁開度を決定し、流量調節弁制御部１３１が弁開度に基づいてメイン流量調節弁７１３の弁開度を制御する。
【００６７】
以上のように、弁容量取得部１１１が、燃料流量が臨界流に達しているか否かに応じて弁容量の算出式を選択することで、より流量指令値に近い燃料流量を得ることができる、すなわち、より適切に流量調節弁を制御できる。
【００６８】
なお、弁容量取得部１１１が、燃料流量が臨界流に達しているか否かに応じて弁容量の算出式を選択する場合も、上記のように、燃料ガスカロリーの推定や、燃料ガス密度の推定や、燃料ガス温度の推定を行うようにしてもよい。
【００６９】
なお、ガスタービン燃料制御装置１００の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１００ ガスタービン燃料制御装置
１０１ 圧力取得部
１０２ 燃料温度取得部
１０３ 燃焼特性取得部
１０４ 流量指令値設定部
１１１ 弁容量取得部
１２１ 弁開度特性記憶部
１２２ 弁開度決定部
１３１ 流量調節弁制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御方法であって、
前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得工程と、
燃料温度を取得する燃料温度取得工程と、
燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得工程と、
弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得工程で取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得工程で取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する弁容量算出工程と、
前記弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得工程で取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程と、
弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量補正工程で補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定工程と、
前記弁開度決定工程で決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御工程と、
を備えることを特徴とするガスタービン燃料制御方法。
【請求項２】
前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、
前記燃焼特性取得工程は、
前記第１の燃料と前記第２の燃料との混合率を取得する混合率取得工程と、
前記混合率取得工程で取得した前記混合率と、前記第１の燃料のカロリーと、前記第２の燃料のカロリーとに基づいて前記混合燃料のカロリーを算出する混合燃料カロリー算出工程と、
を備え、
前記弁容量補正工程では、前記混合燃料カロリー算出工程で算出した前記混合燃料のカロリーに基づいて、前記弁容量を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項３】
前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、
前記燃焼特性取得工程は、前記第１の燃料の流量および密度と、前記第２の燃料の流量および密度とに基づいて、前記混合燃料の密度を算出する混合燃料密度算出工程、を備え、
前記弁容量補正工程では、前記混合燃料密度算出工程で算出した前記混合燃料の密度に基づいて、前記弁容量を補正する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項４】
前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、
前記燃料温度取得工程は、前記第１の燃料の定圧比熱と温度と流量と、前記第２の燃料の定圧比熱と温度と流量とに基づいて前記混合燃料の温度を推定する混合燃料温度推定工程、を備え、
前記弁容量算出工程では、前記混合燃料温度推定手段で推定した前記混合燃料の温度に基づいて前記弁容量を算出する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項５】
前記上流圧取得工程で取得した前記上流圧と、前記下流圧取得工程で取得した前記下流圧とに基づいて、前記流調調節弁前後の差圧が臨界点に達しているか否かを判定する臨界点判定工程を備え、
前記臨界点判定工程にて臨界点に達していないと判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度との第１の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、前記臨界点判定工程にて臨界点に達していると判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び燃料温度との第２の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項６】
ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御装置であって、
前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得部と、
燃料温度を取得する燃料温度取得部と、
燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得部と、
弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得部が取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得部が取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得部が取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量取得部と、
弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量取得部が補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定部と、
前記弁開度決定部が決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御部と、
を備えることを特徴とするガスタービン燃料制御装置。
【請求項１】
ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御方法であって、
前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得工程と、
燃料温度を取得する燃料温度取得工程と、
燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得工程と、
弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得工程で取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得工程で取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する弁容量算出工程と、
前記弁容量算出工程で算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得工程で取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量補正工程と、
弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量補正工程で補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定工程と、
前記弁開度決定工程で決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御工程と、
を備えることを特徴とするガスタービン燃料制御方法。
【請求項２】
前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、
前記燃焼特性取得工程は、
前記第１の燃料と前記第２の燃料との混合率を取得する混合率取得工程と、
前記混合率取得工程で取得した前記混合率と、前記第１の燃料のカロリーと、前記第２の燃料のカロリーとに基づいて前記混合燃料のカロリーを算出する混合燃料カロリー算出工程と、
を備え、
前記弁容量補正工程では、前記混合燃料カロリー算出工程で算出した前記混合燃料のカロリーに基づいて、前記弁容量を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項３】
前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、
前記燃焼特性取得工程は、前記第１の燃料の流量および密度と、前記第２の燃料の流量および密度とに基づいて、前記混合燃料の密度を算出する混合燃料密度算出工程、を備え、
前記弁容量補正工程では、前記混合燃料密度算出工程で算出した前記混合燃料の密度に基づいて、前記弁容量を補正する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項４】
前記燃料は第１の燃料と第２の燃料とを含む混合燃料であり、
前記燃料温度取得工程は、前記第１の燃料の定圧比熱と温度と流量と、前記第２の燃料の定圧比熱と温度と流量とに基づいて前記混合燃料の温度を推定する混合燃料温度推定工程、を備え、
前記弁容量算出工程では、前記混合燃料温度推定手段で推定した前記混合燃料の温度に基づいて前記弁容量を算出する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項５】
前記上流圧取得工程で取得した前記上流圧と、前記下流圧取得工程で取得した前記下流圧とに基づいて、前記流調調節弁前後の差圧が臨界点に達しているか否かを判定する臨界点判定工程を備え、
前記臨界点判定工程にて臨界点に達していないと判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度との第１の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、前記臨界点判定工程にて臨界点に達していると判定したときは、予め設定された弁容量と上流圧及び燃料温度との第２の関係に基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のガスタービン燃料制御方法。
【請求項６】
ガスタービンの燃焼器の燃料供給系統に設けられた流量調節弁を制御するガスタービン燃料制御装置であって、
前記流量調節弁を通過する前の前記燃料の圧力である上流圧と、前記流量調節弁を通過した後の前記燃料の圧力である下流圧とを取得する圧力取得部と、
燃料温度を取得する燃料温度取得部と、
燃料成分に係わる燃焼特性を取得する燃焼特性取得部と、
弁容量と上流圧及び下流圧及び燃料温度及び燃料流量との予め設定された関係と、前記圧力取得部が取得した前記上流圧とおよび前記下流圧と、前記燃料温度取得部が取得した前記燃料温度と、前記流量調節弁に要求される燃料流量とに基づいて前記流量調節弁の弁容量を算出し、算出した前記弁容量を、前記燃焼特性取得部が取得した前記燃焼特性に基づいて補正する弁容量取得部と、
弁容量と弁開度との予め設定された関係と、前記弁容量取得部が補正した前記弁容量とに基づいて前記流量調節弁の弁開度を決定する弁開度決定部と、
前記弁開度決定部が決定した前記弁開度に基づいて前記流量調節弁を制御する流量調節弁制御部と、
を備えることを特徴とするガスタービン燃料制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４０８９６（Ｐ２０１２−１４０８９６Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３９９３（Ｐ２０１０−２９３９９３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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