ガスタービン設備、その燃料ガス制御装置及びその燃料ガス制御方法
【課題】主燃料ガスのカロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させる。
【解決手段】ガスタービン１０に流入する燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーに近づくよう、主燃料ガスライン２０中に送り込む調整ガスの流量を調整ガス調節弁３１，４１により調節させる主制御部１１０と、燃料ガスの単位カロリー及び調整ガスのガス流量を用いてＢＦＧ単味の単位カロリーを求める単味カロリー演算部１２３と、燃料ガスの単位カロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、主制御部による調整ガス調節弁の指示に対して、調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御部１２５と、を備える。弁制限制御部１２５は、前記条件を満たしても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉を指示しない。
【解決手段】ガスタービン１０に流入する燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーに近づくよう、主燃料ガスライン２０中に送り込む調整ガスの流量を調整ガス調節弁３１，４１により調節させる主制御部１１０と、燃料ガスの単位カロリー及び調整ガスのガス流量を用いてＢＦＧ単味の単位カロリーを求める単味カロリー演算部１２３と、燃料ガスの単位カロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、主制御部による調整ガス調節弁の指示に対して、調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御部１２５と、を備える。弁制限制御部１２５は、前記条件を満たしても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉を指示しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンと、主燃料ガスをガスタービンに送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送り込む調整ガスラインとを備えているガスタービン設備、その燃料ガス制御装置及びその燃料ガス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン設備では、製鉄所の高炉からの高炉ガス（以下、ＢＦＧ（Blast Furnace Gas）とする）を主燃料ガスとする設備がある。ＢＦＧのカロリーは、高炉の操業状態に応じて変動する。このため、ＢＦＧのガスカロリーの変動が大きい場合には、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼や失火に至ることがある。
【０００３】
そこで、この種のガスタービン設備では、例えば、燃料ガスカロリーを測定するためのカロリー計を設け、このカロリー計で測定された燃料ガスカロリーが設定カロリーよりも高い場合には、例えば、Ｎ２ガスのような減熱ガスをＢＦＧに混合し、燃料ガスカロリーが設定カロリーよりも低い場合には、例えば、コークス炉ガス（以下、ＣＯＧ（Coke Oven Gas）とする）のような増熱ガスをＢＦＧに混合している。すなわち、この種のガスタービン設備では、フィードバック制御により、燃料ガスカロリーの変動を抑えている。
【０００４】
ところで、カロリー計による燃料ガスカロリーの測定では、サンプリング配管の存在による応答遅れやカロリー測定端子のガス洗浄工程等があるため、１分以上の応答遅れがある。このため、カロリー計で測定された燃料ガスカロリーを用いてフィードバック制御しても、ＢＦＧの急激なカロリー変動には対応できず、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼等を招くことがある。
【０００５】
そこで、以下の特許文献１では、ガスタービン燃焼器に流入する燃料ガスの流量とガスタービンの出力とから、燃料ガスのカロリーを推定する技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９０５８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の技術では、確かに、カロリー計による燃料ガスカロリーの測定よりも応答遅れを小さくできるものの、ＢＦＧのカロリーが急激に大きく変動した場合には、以下に示す例のように、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼等を招くおそれがある、という問題点がある。
【０００８】
例えば、ＢＦＧのカロリーが急激に低下して、その後、徐々に、ＢＦＧのカロリーが元のカロリーに戻る場合には、以下のような現象が起こり得る。
【０００９】
上記の場合、制御装置は、ＢＦＧのカロリーの急激な低下を補うために、ガスタービン出力等から推定した燃料ガスのカロリーに基づいて、増熱ガスの流量を急激に増加さる。しかしながら、ガスタービンに流入する燃料ガスのカロリーは、配管長等による遅れ要因により、短時間のうちに設定カロリーにはならない。このため、制御装置は、既に、燃料ガスカロリーが設定カロリーを上回るほどに増熱ガスを供給していても、燃料ガスカロリーの推定値が設定カロリーになるまで、増熱ガスの流量を増加させ続けることがある。燃料ガスカロリーの推定値が設定カロリーになるまで、増熱ガスの流量を増加させ続けると、その後の燃料ガスカロリー推定値が設定カロリーを大きく上回り、保護回路が働いて、増熱ガスの流量調節弁が緊急遮断されることがある。しかも、この際、ＢＦＧ単味のカロリーが設定カロリーよりも低いと、燃料ガスカロリーが再び急激に低下し、前述したように、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼等が起こることがある。
【００１０】
そこで、本発明は、主燃料ガスのカロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができるガスタービン設備、その燃料ガス制御装置及びその燃料ガス制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するための発明に係る燃料ガス制御装置は、
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御装置において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得部と、前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得部と、前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御部と、前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得手段で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算部と、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御部による前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御部と、を備え、
前記弁制限制御部は、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しないことを特徴とする。
【００１２】
当該燃料ガス制御装置では、主燃料ガスの単位重量あたりのカロリー（以下、単位カロリーとする）の急激な変動に対応して、調整ガスの流量が急激に変化した結果、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されない。仮に、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆のときに、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎ、この時点で、直ちに、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されると、燃料ガスの単位カロリーが制限値から、設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することがある。しかしながら、当該燃料ガス制御装置では、前述したように、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されないため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。
【００１３】
このため、当該燃料ガス制御装置によれば、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【００１４】
ここで、前記燃料ガス制御装置において、前記弁制限制御部は、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示することが好ましい。
【００１５】
当該燃料ガス制御装置では、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避しつつも、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーに対して大きくかけ離れた場合にも対処することができる。
【００１６】
また、前記燃料ガス制御装置において、前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを増加させる前記調整ガスの一つである増熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む増熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記増熱ガスの流量を調節する増熱ガス調節弁を有しており、前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも高いカロリー値の前記制限値を上回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを上回ると、前記増熱ガス調節弁の全閉を優先指示してもよい。
【００１７】
また、燃料ガス制御装置において、前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを減少させる前記調整ガスの一つである減熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む減熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記減熱ガスの流量を調節する減熱ガス調節弁を有しており、前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも低いカロリー値の前記制限値を下回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを下回ると、前記減熱ガス調節弁の全閉を優先指示してもよい。
【００１８】
また、前記燃料ガス制御装置において、前記弁制限制御部は、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低を判断する際、該主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程では前記設定カロリーとして第一設定カロリーを用いて判断し、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが低くなっている過程では前記設定カロリーとして該第一設定カロリーよりも低い値の第二設定カロリーを用いて判断することが好ましい。
【００１９】
当該燃料ガス制御装置では、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低の頻繁な変化を抑えることができ、調整ガス調節弁の全閉制御を安定化させることができる。
【００２０】
また、前記燃料ガス制御装置において、前記ガス流量取得部は、前記燃料ガスの流量を取得し、前記燃料ガスカロリー取得部は、前記ガスタービンの出力を取得し、該ガスタービン出力と前記ガス流量取得部が取得した前記燃料ガスの流量とを用いて、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求めてもよい。
【００２１】
ガスタービンに燃料ガスが流入すると、ガスタービンの出力には、極めて短時間のうちに、この燃料ガスの単位カロリーに応じた出力が反映される。このため、当該燃料ガス制御装置のように、ガスタービンの出力等から求められた燃料ガスの単位カロリーを用いて、調整ガス調節弁の制御を行うと、カロリー計で実測された燃料ガスの単位カロリーを用いて、調整ガス調節弁の制御を行うよりも、実際の燃料ガスの単位カロリーの変化に対する制御応答性を高めることができる。
【００２２】
また、上記問題点を解決するための発明に係るガスタービン設備は、
前記燃料ガス制御装置と前記ガスタービンと前記主燃料ガスラインと前記調整ガスラインと前記調整ガス調節弁とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
当該ガスタービン設備でも、前記燃料ガス制御装置を備えているので、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【００２４】
また、上記問題点を解決するための発明に係る燃料ガス制御方法は、
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御方法において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得工程と、前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得工程と、前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御工程と、前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得工程で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算工程と、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御工程での前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御工程と、を有し、
前記弁制限制御工程では、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しないことを特徴とする。
【００２５】
当該燃料ガス制御方法では、主燃料ガスの単位カロリーの急激な変動に対応して、調整ガスの流量が急激に変化した結果、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されない。仮に、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆のときに、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎ、この時点で、直ちに、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されると、燃料ガスの単位カロリーが制限値から、設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することがある。しかしながら、当該燃料ガス制御装置では、前述したように、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されないため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。
【００２６】
このため、当該燃料ガス制御方法によれば、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【００２７】
ここで、前記燃料ガス制御方法において、前記弁制限制御工程では、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示することが好ましい。
【００２８】
当該燃料ガス制御方法では、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避しつつも、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーに対して大きくかけ離れた場合にも対処することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、主燃料ガスの単位カロリーの急激な変動に対応して、調整ガスの流量が急激に変化した結果、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されない。このため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。
【００３０】
よって、本発明によれば、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における弁制限制御部の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る第一実施形態における弁制限制御部の動作に基づく燃料ガスの単位カロリーの変動を示すグラフである。
【図４】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービン設備の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るガスタービン設備の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
まず、本発明に係るガスタービン設備の第一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００３４】
本実施形態のガスタービン設備は、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０へ燃焼用空気を送る空気圧縮機１３と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機１４と、製鉄所の高炉からのＢＦＧ（Blast Furnace Gas（高炉ガス））をガスタービン１０に送る主燃料ガスライン２０と、主燃料ガスライン２０中に増熱ガスであるＣＯＧ（Coke Oven Gas（コークス炉ガス））を送り込む増熱ガスライン３０と、主燃料ガスライン２０中に減熱ガスであるＮ２ガスを送り込む減熱ガスライン４０と、ＣＯＧやＮ２ガスの流量を制御する燃料ガス制御装置１００と、ガスタービン１０の出力を制御するガスタービン出力制御装置１５と、を備えている。なお、増熱ガスであるＣＯＧ及び減熱ガスであるＮ２ガスは、いずれも、主燃料ガスであるＢＦＧのカロリーを調整するためのカロリー調整ガスである。
【００３５】
ガスタービン１０は、タービンを有するタービン本体１１と、このタービン本体１１に燃焼ガスを送り込む燃焼器１２と、を備えている。主燃料ガスライン２０は、このガスタービン１０の燃焼器１２と製鉄所との間に敷設されている。
【００３６】
主燃料ガスライン２０には、この主燃料ガスライン２０を通るガス中のダスト等を集塵する電気集塵器（ＥＰ（electrostatic Precipitator））２１と、電気集塵器２１を経たガスを加圧する燃料ガス圧縮機２２と、燃料ガス圧縮機２２で加圧されてガスタービン１０の燃焼器１２に送られるガスの流量を調節する燃料ガス調節弁２３と、ガスタービン１０の燃焼器１２に送られるガスの流量を測定する燃料ガス流量計２８と、が設けられている。ガスタービン出力制御装置１５は、発電機１４の出力計１６で測定された出力等に応じて、燃料ガス調節弁２３の弁開度を調整する。燃料ガス圧縮機２２の入口、言い換えると、電気集塵器２１と燃料ガス圧縮機２２との間の主燃料ガスライン２０には、ここを通るガスの単位重量あたりのカロリーを測定するカロリー計２４が設けられている。なお、以下では、ガスの単位重量あたりのカロリーを、単に単位カロリーとする。
【００３７】
主燃料ガスライン２０には、さらに、燃料ガス圧縮機２２の出口のガスを電気集塵器２１の入口に戻すバイパスライン２５が設けられている。このバイパスライン２５には、燃料ガス圧縮機２２から吐出されたガスのうちで電気集塵器２１の入り口に戻す余剰ガスの流量を調節する余剰ガス調節弁２６と、燃料ガス圧縮機２２から抽気したガスと余剰ガスとの間で熱交換を行う余剰ガス熱交換器２７とが設けられている。
【００３８】
増熱ガスライン３０及び減熱ガスライン４０は、いずれも、主燃料ガスライン２０中の電気集塵器２１よりも上流側の位置に接続されている。増熱ガスライン３０には、この増熱ガスライン３０から主燃料ガスライン２０に流れ込むＣＯＧの流量を調節する増熱ガス調節弁３１と、このＣＯＧの流量を測定する増熱ガス流量計３２と、が設けられている。また、減熱ガスライン４０には、この減熱ガスライン４０から主燃料ガスライン２０に流れ込むＮ２ガスの流量を調節する減熱ガス調節弁４１と、Ｎ２ガスの流量を測定する減熱ガス流量計４２と、が設けられている。これら増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１は、調整ガス調節弁として燃料ガス制御装置１００により制御される。
【００３９】
主燃料ガスライン２０に対する増熱ガスライン３０及び減熱ガスライン４０の接続位置よりも下流側の主燃料ガスライン２０には、ＢＦＧとＣＯＧとＮ２ガスとの混合ガス、ＢＦＧとＣＯＧとの混合ガス、ＢＦＧとＮ２ガスとの混合ガス、ＢＦＧのみのいずれかが流れる。以下では、増熱ガスライン３０及び減熱ガスライン４０の接続位置よりも下流側の主燃料ガスライン２０に流れるガスを燃料ガスとする。主燃料ガスライン２０に設けられているカロリー計２４は、この燃料ガスの単位カロリーを測定する。
【００４０】
燃料ガス制御装置１００は、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーＳＶに近づくよう、増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を指示する主制御部１１０と、カロリー計２４から燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを取得する燃料ガスカロリー取得部１２１と、各ガス流量計２８，３１，４２から各ガスの流量を取得するガス流量取得部１２２と、ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧを求める単味カロリー演算部と、調整ガス調節弁である増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１に全閉を指示する弁制限制御部１２５と、各種データが記憶されている記憶部１３０と、を有している。
【００４１】
主制御部１１０は、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーＳＶになる増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を求めて各調節弁３１，４１に弁開度を指示するフィードフォワード制御器１１１と、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴと設定カロリーＳＶとの偏差Δを求める減算器１１２と、減算器１１２が求めた偏差Δが小さくなる増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を求めて各調節弁３１，４１に弁開度を指示するフィードバック制御器１１３と、を有している。
【００４２】
ガス流量取得部１２２は、前述したように、燃料ガス流量計２８から燃料ガスの流量、増熱ガス流量計３２からＣＯＧの流量、減熱ガス流量計４２からＮ２ガスの流量を取得し、これらを単味カロリー演算部１２３に送る。このガス流量取得部１２２は、各流量計２８，３２，４２からの送られてくる流量が体積流量である場合に、これを重量流量に変換する機能を有している。体積流量を重量流量に変換する方法としては、対象ガスの密度が予め定めた密度であると仮定して、体積流量にこの密度を掛ける方法や、ガス成分分析計を設け、対象ガス中にどのようなガスがどの程度含まれているかガス成分分析計から取得し、各成分ガスの量から重量流量を求める方法等、各種方法がある。また、このガス流量取得部１２２は、カロリー計２４からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを単味カロリー演算部１２３に渡す際に、カロリー測定された燃料ガスをカロリー計２４がサンプリングしたときの、カロリー計２４の主燃料ガスライン２０との接続位置における各ガス流量を単味カロリー演算部１２３に渡すために、各ガス流量の出力を遅延させる機能も有している。
【００４３】
弁制限制御部１２５は、ガスカロリー取得部１２１からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴとこの燃料ガスの単位カロリーに対する制限値Ｓａ，Ｓｂとの大小関係を比較する第一比較器１２６と、単味カロリー演算部１２３で求められたＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧと燃料ガスに対する設定カロリーＳＶとの大小関係を比較する第二比較器１２７と、第一比較器１２６及び第二比較器１２７による比較結果に応じて各調節弁３１，４１に全閉を指示する指示出力器１２８と、を有している。
【００４４】
記憶部１３０には、燃料ガスに対する設定カロリーＳＶ１３１と、燃料ガスの単位カロリーに対する制限値である上限値Ｓａ１３１及び下限値Ｓｂ１３２と、ＣＯＧの単位カロリーｑＣＯＧ１３４と、Ｎ２ガスの単位カロリーｑＮ２１３５とが予め記憶されている。
【００４５】
なお、以上で説明した燃料ガス制御装置１００は、コンピュータで構成されており、燃料ガス制御装置１００の各機能部１１０，１２１，１２２，１２３，１２５は、いずれも、ハードディスクドライブ装置等の外部記憶装置やメモリ等の記憶装置と、この記憶装置に記憶されているプログラムを実行するＣＰＵとを有して構成されている。また、記憶部１３０は、ハードディスクドライブ装置等の外部記憶装置やメモリ等の記憶装置で構成されている。記憶部１３０に記憶されている各種データは、キーボード等の入力装置を操作することで適宜変更することができる。
【００４６】
次に、燃料ガス制御装置１００の動作について説明する。
【００４７】
カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーｑＧＴは、燃料ガスカロリー取得部１２１により取得され、主制御部１１０、単味カロリー演算部１２３及び弁制限制御部１２５に渡される。
【００４８】
主制御部１１０の減算器１１２は、記憶部１３０に記憶されている設定カロリーＳＶ１３１と燃料ガスカロリー取得部１２１からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴとの偏差Δを求め、この偏差Δをフィードバック制御器１１３に渡す。フィードバック制御器１１３は、この偏差Δが小さくなるよう、増熱ガス調節弁３１の弁開度及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を求め、増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１に対して弁開度を指示する。
【００４９】
単味カロリー演算部１２３は、燃料ガスカロリー取得部１２１からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴと、記憶部１３０に記憶されているＣＯＧの単位カロリーｑＣＯＧ１３４及びＮ２ガスの単位カロリーｑＮ２１３５と、ガス流量取得部１２２からの各ガス流量ＷＧＴ，ＷＣＯＧ，ＷＮ２とを用いて、以下の式により、ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧを求める。
【００５０】
ｑＢＦＧ＝（ｑＧＴ・ＷＧＴ−ｑＣＯＧ・ＷＣＯＧ−ｑＮ２・ＷＮ２）／ＷＢＦＧ
【００５１】
なお、上記式中、ＷＧＴは燃料ガスの重量流量であり、ＷＣＯＧはＣＯＧの重量流量であり、ＷＮ２はＮ２ガスの重量流量であり、ＷＢＦＧはＢＦＧの重量流量である。ＢＦＧの重量流量ＷＢＦＧは、燃料ガスの重量流量ＷＧＴから、ＣＯＧの重量流量ＷＣＯＧ及びＮ２ガスの重量流量ＷＮ２を減算することで得られる。各ガスの重量流量は、全て測定により得てもよいが、以上のように、一のガスの重量流量に関しては、他のガスの重量流量から求めてもよい。また、ここでは、燃料ガスの流量、ＣＯＧガスの流量、Ｎ２ガスの流量をいずれも流量計で測定しているが、各ガスの調節弁２３，３２，４２の弁開度から各ガスの流量を求めるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記式中の各ガス流量は、いずれも、前述したように、カロリー測定された燃料ガスをカロリー計２４がサンプリングしたときの、カロリー計２４の主燃料ガスライン２０との接続位置における各ガス流量である。このため、上記式で求められるＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧは、カロリー測定された燃料ガスをカロリー計２４がサンプリングしたときの、カロリー計２４の主燃料ガスライン２０との接続位置におけるＢＦＧ単味の単位カロリーである。
【００５３】
次に、燃料ガス制御装置１００の弁制限制御部１２５の動作について、図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００５４】
弁制限制御部１２５は、まず、燃料ガスカロリー取得部１２１から燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを取得すると共に、単味カロリー演算部１２３からＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧを取得する（Ｓ１０）。
【００５５】
弁制限制御部１２５の第一比較器１２６は、燃料ガスカロリー取得部１２１から取得した燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが記憶部１３０に記憶されている上限値Ｓａ１３２より大きいか否かを判断する（Ｓ１１）。燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きいと判断された場合、第二比較器１２７は、単味カロリー演算部１２３から取得したＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが記憶部１３０に記憶されている設定カロリーＳＶ１３１より大きいか否かを判断する（Ｓ１２）。ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きいと判断された場合、指示出力器１２８は、増熱ガス調節弁３１に対して全閉を指示すると共に、全閉を指示した旨を記憶する（Ｓ１３）。この全閉指示は、主制御部１１０から増熱ガス調節弁３１への弁開度指示に優先する。このため、増熱ガス調節弁３１は、弁制限制御部１２５から全閉指示を受けると、主制御部１１０から如何なる指示を受けても全閉となる。
【００５６】
ステップ１１で燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きくないと判断された場合、及びステップ１２でＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きくないと判断された場合、指示出力器１２８は、増熱ガス調節弁３１に対する全閉指示済みか否かを判断する（Ｓ１４）。この判断は、全閉を指示した旨の記憶があるか否かにより判断する。指示出力器１２８は、全閉指示済みでないと判断すると、一連の処理を終了する。一方、指示出力器１２８は、全閉指示済みと判断すると、増熱ガス調節弁３１に全閉解除を指示して（Ｓ１５）、一連の処理を終了する。
【００５７】
すなわち、以上のステップ１１〜１５の処理により、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きい場合には、増熱ガス調節弁３１へ全閉が指示される（Ｓ１３）。一方、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以下の場合や、燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａ以下で且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きい場合には、増熱ガス調節弁３１へ全閉は指示されない。また、一旦、増熱ガス調節弁３１へ全閉が指示された後、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａ以下になった場合、又はＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以下になった場合には、この増熱ガス調節弁３１へ全閉解除が指示される（Ｓ１５）。
【００５８】
ステップ１１で燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きくないと判断された場合、第一比較器１２６は、燃料ガスカロリー取得部１２１から取得した燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが記憶部１３０に記憶されている下限値Ｓｂ１３３より小さいか否かを判断する（Ｓ２１）。燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さいと判断された場合、第二比較器１２７は、単味カロリー演算部１２３から取得したＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが記憶部１３０に記憶されている設定カロリーＳＶ１３１より小さいか否かを判断する（Ｓ２２）。ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さいと判断された場合、指示出力器１２８は、減熱ガス調節弁４１に対して全閉を指示すると共に、全閉を指示した旨を記憶する（Ｓ２３）。この全閉指示も、主制御部１１０から減熱ガス調節弁４１への弁開度指示に優先する。このため、減熱ガス調節弁４１は、弁制限制御部１２５から全閉指示を受けると、主制御部１１０から如何なる指示を受けても全閉となる。
【００５９】
ステップ２１で燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さくないと判断された場合、及びステップ２２でＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さくないと判断された場合、指示出力器１２８は、減熱ガス調節弁４１に対する全閉指示済みか否かを判断する（Ｓ２４）。この判断も、全閉を指示した旨の記憶があるか否かにより判断する。指示出力器１２８は、全閉指示済みでないと判断すると、一連の処理を終了する。一方、指示出力器１２８は、全閉指示済みと判断すると、減熱ガス調節弁４１に全閉解除を指示して（Ｓ２５）、一連の処理を終了する。
【００６０】
すなわち、以上のステップ２１〜２５の処理により、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さい場合には、減熱ガス調節弁４１へ全閉が指示される（Ｓ２３）。一方、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以上の場合や、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａ以上で且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さい場合には、減熱ガス調節弁４１へ全閉は指示されない。また、一旦、減熱ガス調節弁４１へ全閉が指示された後、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂ以上になった場合、又はＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以上になった場合には、この減熱ガス調節弁４１へ全閉解除が指示される（Ｓ２５）。
【００６１】
次に、ＢＦＧ単味の単位カロリーが変化したときの燃料ガス制御装置１００の動作、及びそのときのカロリー計２４の測定値の変化について、図３を用いて説明する。なお、図３中、縦軸はカロリー及びＣＯＧの流量を示し、横軸は時間を示す。また、太い実線は、本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御された場合のカロリー計２４の測定値を示し、太い二点鎖線は本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御されない場合（増熱ガス調節弁３１の全閉実施）のカロリー計２４の測定値を示す。また、細い破線は、本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御された場合のカロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー値（カロリー計２４による測定による遅れ無し）を示し、細い二点鎖線は本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御されない場合（増熱ガス調節弁３１の全閉実施）のカロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー値を示す。太い破線は、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリーを示す。また、細い実線は、本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御された場合のカロリー計設置位置でのＣＯＧの流量を示し、細い一点鎖線は本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御されない場合（増熱ガス調節弁３１の全閉実施）のカロリー計設置位置でのＣＯＧの流量を示す。
【００６２】
ここで、以下では、ＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）が当初設定カロリーＳＶより高く、その後、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に設定カロリーＳＶよりも大幅に低くなってから、高くなったものの、再び、設定カロリーＳＶよりも低い状態が続いた場合について説明する。
【００６３】
ＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）が急激に設定カロリーＳＶよりも大幅に低くなると、燃料ガスの単位カロリー（細い破線）も急激に低くなる（ｔ1）。カロリー計２４は、サンプリング配管の存在による応答遅れやカロリー測定端子のガス洗浄工程等があるため、１分以上の応答遅れ時間Ｔｄ１がある。このため、カロリー計２４は、燃料ガスの単位カロリーが急激に低くなり始めた時点から（ｔ1）、遅れ時間Ｔｄ１経過した後、燃料ガスの単位カロリー（太い実線）の急激低下を測定する（ｔ2）。カロリー計２４によって測定された燃料ガスの単位カロリーが低下し、設定カロリーＳＶよりもさらに低くなると（ｔ3）、主制御部１１０は増熱ガス調節弁３１へ弁開度の増大を指示し、増熱ガス調節弁３１の弁開度は増大して、ＣＯＧの流量も増加する。増熱ガス調節弁３１へ弁開度の増大の指示により、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量（細い実線）が増加し始める時点（ｔ4）は、主制御部１１０が増熱ガス調節弁３１へ弁開度の増大を指示してから（ｔ3）、増熱ガス調節弁３１が設けられている位置からカロリー計設置位置までの配管の存在等による遅れ時間Ｔｄ２を経過した時点になる。
【００６４】
カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量が増加し始めた時点（ｔ4）でも、カロリー計２４により測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）は、依然として低下し、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量が増加し始めた時点（ｔ4）から遅れ時間Ｔｄ1経過した後（ｔ5）に、高くなり始める。
【００６５】
カロリー計２４により測定される燃料ガスの単位カロリー（太い実線）は、その後、高まり、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い破線）が設定カロリーＳＶを上回ってもさらに高まる。
【００６６】
一方、カロリー計２４によって測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）が高まるに連れて、主制御部１１０から増熱ガス調節弁３１へ指示する弁開度は、徐々に減少し、これに伴いＣＯＧの流量（細い実線）も徐々に減少する。
【００６７】
このような状態で、前述したように、ＢＦＧ単味の単位カロリー（太い実線）が高くなると（但し、設定カロリーＳＶよりも高くならない）、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い破線）は、燃料ガスの上限値Ｓａを超えることがある。カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えると（ｔ6）、カロリー計２４は、遅れ時間Ｔｄ1経過後に、この燃料ガスの単位カロリーを測定する（ｔ7）。
【００６８】
仮に、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）が上限値Ｓａを超えた場合、上限値Ｓａを超えたことのみを条件に保護回路等が働いて増熱ガス調節弁３１が緊急遮断、つまり急激に全閉になると、その後、遅れ時間Ｔｄ２経過後（ｔ8）に、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量（細い一点鎖線）が急激に低下すると共に、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い二点鎖線）も急激に低下する。しかも、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えた時点（ｔ6）で、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）は設定カロリーＳＶよりも低いため、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリーは設定カロリーＳＶよりも低くなる。
【００６９】
すなわち、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えた場合、上限値Ｓａを超えたことのみを条件に保護回路等が働いて増熱ガス調節弁３１を急激に全閉にすると、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い二点鎖線）は、急激に設定カロリーＳＶよりも低くなる可能性がある。
【００７０】
一方、本実施形態では、前述したように、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）が上限値Ｓａを超えた場合（ｔ7）でも、さらに、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）が設定カロリーＳＶを超えていなければ、増熱ガス調節弁３１に対して全閉を指示しない。このため、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えているものの、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリーが設定カロリーＳＶを超えていない上記状態では、増熱ガス調節弁３１は直ちに全閉にならず、主制御部１１０によるフィードバック制御により、増熱ガス調節弁３１はその弁解度が徐々に減少する。この結果、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量は徐々に減少し、このカロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い破線）も徐々に減少する。
【００７１】
また、以上は、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に低下して、増熱ガス調節弁３１の弁開度を増加させた場合の例であるが、逆に、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に上がり、減熱ガス調節弁４１の弁開度を増加させた場合も、以上と基本的に同様である。すなわち、減熱ガス調節弁４１の弁開度を増加させた結果、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが下限値Ｓｂを下回っても、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリーが設定カロリーよりも下回っていない状態では、減熱ガス調節弁４１は直ちに全閉にならず、主制御部１１０によるフィードバック制御により、減熱ガス調節弁４１はその弁解度が徐々に減少する。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に大きく変動し、燃料ガスの単位カロリーが制限値Ｓａ，Ｓｂを過ぎた場合でも、設定カロリーＳＶを基準したＢＦＧ単味の単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁３１，４１の全閉が優先指示されないため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値Ｓａ，Ｓｂから設定カロリーＳＶを跨いでＢＦＧ単味の単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。よって、本実施形態よれば、ガスタービン燃焼器１２を安定燃焼させることができる。
【００７３】
次に、本発明に係るガスタービン設備の第二実施形態について、図４を参照して説明する。
【００７４】
本実施形態のガスタービン設備は、基本的に第一実施形態の同じであるが、主燃料ガスライン２０にカロリー計２４（図１）が設けられていない点が第一実施形態と異なっている。さらに、本実施形態の燃料ガス制御装置１００ａは、第一実施形態の燃料ガス制御装置１００と同様、主制御部１１０と燃料ガスカロリー取得部１２１ａとガス流量取得部１２２ａと単味カロリー演算部１２３と弁制限制御部１２５ａと記憶部１３０とを有しているものの、燃料ガスカロリー取得部１２１ａとガス流量取得部１２２ａと弁制限制御部１２５ａの機能が第一実施形態と異なっている。
【００７５】
そこで、以下では、第一実施形態と異なっている点について詳細に説明する。
【００７６】
本実施形態の燃料ガス制御装置１００ａのガス流量取得部１２２ａは、第一実施形態と同様、燃料ガス流量計２８から燃料ガスの流量、増熱ガス流量計３２からＣＯＧの流量、減熱ガス流量計４２からＮ２ガスの流量を取得し、これらを単味カロリー演算部１２３に送る。さらに、本実施形態のガス流量取得部１２２ａは、燃料ガス流量計２８から燃料ガスの流量を燃料ガス取得部１２１ａにも送る。
【００７７】
また、本実施形態の燃料ガスカロリー取得部１２１ａは、ガス流量取得部１２２ａからの燃料ガスの流量と、発電機１４の出力計１６で測定された出力とを用いて、燃料ガスの単位カロリーを求める機能を有している。
【００７８】
ガスタービンの出力ＧＴｍｗ、言い換えると、発電機の出力は、燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）にほぼ比例するため、ガスタービンの出力ＧＴｍｗと燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）とは、以下の式に示す関係がある。
【００７９】
ＧＴｍｗ＝ｋ・ｑＧＴ・ＷＧＴ
【００８０】
ここで、上記式中、ＷＧＴは燃料ガスの重量流量であり、ｑＧＴは燃料ガスの単位カロリーであり、ｋは定数である。
【００８１】
燃料ガスカロリー取得部１２１ａは、例えば、上記定数ｋを予め記憶しておき、ガス流量取得部１２２ａからの燃料ガスの流量ＷＧＴと、発電機１４の出力計１６で測定された出力ＧＴｍｗを上記式に代入して、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを求める。
【００８２】
ガスタービン１０の燃焼器１２に燃料ガスが流入すると、発電機１４の出力計１６の出力には、極めて短時間のうちに、この燃料ガスの単位カロリーに応じた出力が反映される。このため、以上のように求められた燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを用いて、各調整ガス調節弁３１，４１の制御を行うと、第一実施形態のように、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを用いて、各調整ガス調節弁３１，４１の制御を行うよりも、実際の燃料ガスの単位カロリーの変化に対する制御応答性を高めることができる。
【００８３】
なお、上記定数ｋを予め記憶しておく場合には、上記式で得られた燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが、ＢＦＧ単味の単位カロリーが安定している定常運転中の燃料ガスの測定単位カロリーｑＧＴに近づくよう、上記定数ｋを更新することが好ましい。
【００８４】
また、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを求める際の各種状態量に応じて、上記定数ｋをその都度求めてもよい。具体的に、ガスタービンの出力ＧＴｍｗと燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）との関係は、燃料ガスの供給圧力、燃料ガス温度、空気圧縮機１３の吸気流量、この吸気温度、系統周波数等の変動によって変動する。そこで、これらの状態量の変動とガスタービンの出力ＧＴｍｗと燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）との関係の変動と、これらの状態量の変動との関係を予め調べておき、この関係に基づいて、これらの状態量の測定値から定数ｋを定めるようにしてもよい。
【００８５】
また、本実施形態では、前述したように、燃料ガス制御装置１００ａの弁制限制御部１２５ａの機能が第一実施形態と異なっている。本実施形態の弁制限制御部１２５ａの第二比較器１２７ａは、設定カロリーＳＶとＢＦＧの単位重量あたりのカロリーとの大小関係（高低関係）を判断する際、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程では設定カロリーＳＶとして第一設定カロリーを用いて判断し、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが低くなっている過程では設定カロリーＳＶとして第一設定カロリーよりも低い値の第二設定カロリーを用いて判断する。すなわち、弁制限制御部１２５ａの第二比較器１２７ａは、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが変化過程に応じて、設定カロリーＳＶをシフトさせている、言い換えると、設定カロリーＳＶにヒステリシス性を持たせている。なお、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程であるか低くなっている過程かは、単味カロリー演算部１２３から送られてくるＢＦＧの単位重量あたりのカロリーを一時的に記憶しておき、前回記憶したカロリーと新たに送られてきたカロリーとを比較することで判断することができる。
【００８６】
このように、設定カロリーＳＶにヒステリシス性を持たせることにより、設定カロリーＳＶとＢＦＧの単位重量あたりのカロリーとの大小関係（高低関係）の頻繁な変化を抑えることができ、調整ガス調節弁３１，４１の全閉制御を安定化させることができる。なお、ここでは、弁制限制御部１２５ａの第二比較器１２７における閾値としての設定カロリーＳＶにヒステリシス性を持たせているが、弁制限制御部１２５ａの第一比較器１２６における閾値としての上限値Ｓａ及び下限値Ｓｂもヒステリシス性を持たせてもよい。
【００８７】
また、以上の実施形態では、製鉄所の高炉からのＢＦＧを主燃料ガスとするガスタービン設備を例示しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ（Integrated coal Gasification Combined Cycle）設備で石炭ガスを主燃料ガスとするガスタービン設備に本発明を適用してもよいし、メタンガス等を主燃料ガスとするガスタービン設備に本発明を適用してもよい。また、調整ガスに関しても、ＣＯＧやＮ２ガスに限定されるものではなく、その他のガスを用いてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０…ガスタービン、２０…主燃料ガスライン、２４…カロリー計、３０…増熱ガスライン（調整ガスライン）、３１…増熱ガス調節弁（調整ガス調節弁）、４０…減熱ガスライン（調整ガスライン）、４１…減熱ガス調節弁（調整ガス調節弁）、１００，１００ａ…燃料ガス制御装置、１１０…主制御部、１１３…フィードバック制御器、１２１，１２１ａ…燃料ガスカロリー取得部、１２２，１２２ａ…ガス流量取得部、１２３…単味カロリー演算部、１２５，１２５ａ…弁制限制御部、１３０…記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンと、主燃料ガスをガスタービンに送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送り込む調整ガスラインとを備えているガスタービン設備、その燃料ガス制御装置及びその燃料ガス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン設備では、製鉄所の高炉からの高炉ガス（以下、ＢＦＧ（Blast Furnace Gas）とする）を主燃料ガスとする設備がある。ＢＦＧのカロリーは、高炉の操業状態に応じて変動する。このため、ＢＦＧのガスカロリーの変動が大きい場合には、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼や失火に至ることがある。
【０００３】
そこで、この種のガスタービン設備では、例えば、燃料ガスカロリーを測定するためのカロリー計を設け、このカロリー計で測定された燃料ガスカロリーが設定カロリーよりも高い場合には、例えば、Ｎ２ガスのような減熱ガスをＢＦＧに混合し、燃料ガスカロリーが設定カロリーよりも低い場合には、例えば、コークス炉ガス（以下、ＣＯＧ（Coke Oven Gas）とする）のような増熱ガスをＢＦＧに混合している。すなわち、この種のガスタービン設備では、フィードバック制御により、燃料ガスカロリーの変動を抑えている。
【０００４】
ところで、カロリー計による燃料ガスカロリーの測定では、サンプリング配管の存在による応答遅れやカロリー測定端子のガス洗浄工程等があるため、１分以上の応答遅れがある。このため、カロリー計で測定された燃料ガスカロリーを用いてフィードバック制御しても、ＢＦＧの急激なカロリー変動には対応できず、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼等を招くことがある。
【０００５】
そこで、以下の特許文献１では、ガスタービン燃焼器に流入する燃料ガスの流量とガスタービンの出力とから、燃料ガスのカロリーを推定する技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９０５８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の技術では、確かに、カロリー計による燃料ガスカロリーの測定よりも応答遅れを小さくできるものの、ＢＦＧのカロリーが急激に大きく変動した場合には、以下に示す例のように、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼等を招くおそれがある、という問題点がある。
【０００８】
例えば、ＢＦＧのカロリーが急激に低下して、その後、徐々に、ＢＦＧのカロリーが元のカロリーに戻る場合には、以下のような現象が起こり得る。
【０００９】
上記の場合、制御装置は、ＢＦＧのカロリーの急激な低下を補うために、ガスタービン出力等から推定した燃料ガスのカロリーに基づいて、増熱ガスの流量を急激に増加さる。しかしながら、ガスタービンに流入する燃料ガスのカロリーは、配管長等による遅れ要因により、短時間のうちに設定カロリーにはならない。このため、制御装置は、既に、燃料ガスカロリーが設定カロリーを上回るほどに増熱ガスを供給していても、燃料ガスカロリーの推定値が設定カロリーになるまで、増熱ガスの流量を増加させ続けることがある。燃料ガスカロリーの推定値が設定カロリーになるまで、増熱ガスの流量を増加させ続けると、その後の燃料ガスカロリー推定値が設定カロリーを大きく上回り、保護回路が働いて、増熱ガスの流量調節弁が緊急遮断されることがある。しかも、この際、ＢＦＧ単味のカロリーが設定カロリーよりも低いと、燃料ガスカロリーが再び急激に低下し、前述したように、ガスタービン燃焼器の不安定燃焼等が起こることがある。
【００１０】
そこで、本発明は、主燃料ガスのカロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができるガスタービン設備、その燃料ガス制御装置及びその燃料ガス制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するための発明に係る燃料ガス制御装置は、
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御装置において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得部と、前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得部と、前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御部と、前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得手段で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算部と、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御部による前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御部と、を備え、
前記弁制限制御部は、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しないことを特徴とする。
【００１２】
当該燃料ガス制御装置では、主燃料ガスの単位重量あたりのカロリー（以下、単位カロリーとする）の急激な変動に対応して、調整ガスの流量が急激に変化した結果、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されない。仮に、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆のときに、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎ、この時点で、直ちに、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されると、燃料ガスの単位カロリーが制限値から、設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することがある。しかしながら、当該燃料ガス制御装置では、前述したように、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されないため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。
【００１３】
このため、当該燃料ガス制御装置によれば、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【００１４】
ここで、前記燃料ガス制御装置において、前記弁制限制御部は、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示することが好ましい。
【００１５】
当該燃料ガス制御装置では、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避しつつも、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーに対して大きくかけ離れた場合にも対処することができる。
【００１６】
また、前記燃料ガス制御装置において、前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを増加させる前記調整ガスの一つである増熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む増熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記増熱ガスの流量を調節する増熱ガス調節弁を有しており、前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも高いカロリー値の前記制限値を上回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを上回ると、前記増熱ガス調節弁の全閉を優先指示してもよい。
【００１７】
また、燃料ガス制御装置において、前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを減少させる前記調整ガスの一つである減熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む減熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記減熱ガスの流量を調節する減熱ガス調節弁を有しており、前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも低いカロリー値の前記制限値を下回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを下回ると、前記減熱ガス調節弁の全閉を優先指示してもよい。
【００１８】
また、前記燃料ガス制御装置において、前記弁制限制御部は、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低を判断する際、該主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程では前記設定カロリーとして第一設定カロリーを用いて判断し、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが低くなっている過程では前記設定カロリーとして該第一設定カロリーよりも低い値の第二設定カロリーを用いて判断することが好ましい。
【００１９】
当該燃料ガス制御装置では、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低の頻繁な変化を抑えることができ、調整ガス調節弁の全閉制御を安定化させることができる。
【００２０】
また、前記燃料ガス制御装置において、前記ガス流量取得部は、前記燃料ガスの流量を取得し、前記燃料ガスカロリー取得部は、前記ガスタービンの出力を取得し、該ガスタービン出力と前記ガス流量取得部が取得した前記燃料ガスの流量とを用いて、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求めてもよい。
【００２１】
ガスタービンに燃料ガスが流入すると、ガスタービンの出力には、極めて短時間のうちに、この燃料ガスの単位カロリーに応じた出力が反映される。このため、当該燃料ガス制御装置のように、ガスタービンの出力等から求められた燃料ガスの単位カロリーを用いて、調整ガス調節弁の制御を行うと、カロリー計で実測された燃料ガスの単位カロリーを用いて、調整ガス調節弁の制御を行うよりも、実際の燃料ガスの単位カロリーの変化に対する制御応答性を高めることができる。
【００２２】
また、上記問題点を解決するための発明に係るガスタービン設備は、
前記燃料ガス制御装置と前記ガスタービンと前記主燃料ガスラインと前記調整ガスラインと前記調整ガス調節弁とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
当該ガスタービン設備でも、前記燃料ガス制御装置を備えているので、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【００２４】
また、上記問題点を解決するための発明に係る燃料ガス制御方法は、
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御方法において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得工程と、前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得工程と、前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御工程と、前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得工程で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算工程と、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御工程での前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御工程と、を有し、
前記弁制限制御工程では、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しないことを特徴とする。
【００２５】
当該燃料ガス制御方法では、主燃料ガスの単位カロリーの急激な変動に対応して、調整ガスの流量が急激に変化した結果、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されない。仮に、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆のときに、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎ、この時点で、直ちに、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されると、燃料ガスの単位カロリーが制限値から、設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することがある。しかしながら、当該燃料ガス制御装置では、前述したように、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されないため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。
【００２６】
このため、当該燃料ガス制御方法によれば、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【００２７】
ここで、前記燃料ガス制御方法において、前記弁制限制御工程では、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示することが好ましい。
【００２８】
当該燃料ガス制御方法では、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避しつつも、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーに対して大きくかけ離れた場合にも対処することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、主燃料ガスの単位カロリーの急激な変動に対応して、調整ガスの流量が急激に変化した結果、燃料ガスの単位カロリーが調整ガス調節弁の全閉の閾値である制限値を過ぎても、設定カロリーを基準した主燃料ガスの単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁の全閉が優先指示されない。このため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値から設定カロリーを跨いで主燃料ガスの単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。
【００３０】
よって、本発明によれば、主燃料ガスの単位カロリーが急激に大きく変動した場合でも、ガスタービン燃焼器を安定燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における弁制限制御部の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る第一実施形態における弁制限制御部の動作に基づく燃料ガスの単位カロリーの変動を示すグラフである。
【図４】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービン設備の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るガスタービン設備の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
まず、本発明に係るガスタービン設備の第一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００３４】
本実施形態のガスタービン設備は、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０へ燃焼用空気を送る空気圧縮機１３と、ガスタービン１０の駆動で発電する発電機１４と、製鉄所の高炉からのＢＦＧ（Blast Furnace Gas（高炉ガス））をガスタービン１０に送る主燃料ガスライン２０と、主燃料ガスライン２０中に増熱ガスであるＣＯＧ（Coke Oven Gas（コークス炉ガス））を送り込む増熱ガスライン３０と、主燃料ガスライン２０中に減熱ガスであるＮ２ガスを送り込む減熱ガスライン４０と、ＣＯＧやＮ２ガスの流量を制御する燃料ガス制御装置１００と、ガスタービン１０の出力を制御するガスタービン出力制御装置１５と、を備えている。なお、増熱ガスであるＣＯＧ及び減熱ガスであるＮ２ガスは、いずれも、主燃料ガスであるＢＦＧのカロリーを調整するためのカロリー調整ガスである。
【００３５】
ガスタービン１０は、タービンを有するタービン本体１１と、このタービン本体１１に燃焼ガスを送り込む燃焼器１２と、を備えている。主燃料ガスライン２０は、このガスタービン１０の燃焼器１２と製鉄所との間に敷設されている。
【００３６】
主燃料ガスライン２０には、この主燃料ガスライン２０を通るガス中のダスト等を集塵する電気集塵器（ＥＰ（electrostatic Precipitator））２１と、電気集塵器２１を経たガスを加圧する燃料ガス圧縮機２２と、燃料ガス圧縮機２２で加圧されてガスタービン１０の燃焼器１２に送られるガスの流量を調節する燃料ガス調節弁２３と、ガスタービン１０の燃焼器１２に送られるガスの流量を測定する燃料ガス流量計２８と、が設けられている。ガスタービン出力制御装置１５は、発電機１４の出力計１６で測定された出力等に応じて、燃料ガス調節弁２３の弁開度を調整する。燃料ガス圧縮機２２の入口、言い換えると、電気集塵器２１と燃料ガス圧縮機２２との間の主燃料ガスライン２０には、ここを通るガスの単位重量あたりのカロリーを測定するカロリー計２４が設けられている。なお、以下では、ガスの単位重量あたりのカロリーを、単に単位カロリーとする。
【００３７】
主燃料ガスライン２０には、さらに、燃料ガス圧縮機２２の出口のガスを電気集塵器２１の入口に戻すバイパスライン２５が設けられている。このバイパスライン２５には、燃料ガス圧縮機２２から吐出されたガスのうちで電気集塵器２１の入り口に戻す余剰ガスの流量を調節する余剰ガス調節弁２６と、燃料ガス圧縮機２２から抽気したガスと余剰ガスとの間で熱交換を行う余剰ガス熱交換器２７とが設けられている。
【００３８】
増熱ガスライン３０及び減熱ガスライン４０は、いずれも、主燃料ガスライン２０中の電気集塵器２１よりも上流側の位置に接続されている。増熱ガスライン３０には、この増熱ガスライン３０から主燃料ガスライン２０に流れ込むＣＯＧの流量を調節する増熱ガス調節弁３１と、このＣＯＧの流量を測定する増熱ガス流量計３２と、が設けられている。また、減熱ガスライン４０には、この減熱ガスライン４０から主燃料ガスライン２０に流れ込むＮ２ガスの流量を調節する減熱ガス調節弁４１と、Ｎ２ガスの流量を測定する減熱ガス流量計４２と、が設けられている。これら増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１は、調整ガス調節弁として燃料ガス制御装置１００により制御される。
【００３９】
主燃料ガスライン２０に対する増熱ガスライン３０及び減熱ガスライン４０の接続位置よりも下流側の主燃料ガスライン２０には、ＢＦＧとＣＯＧとＮ２ガスとの混合ガス、ＢＦＧとＣＯＧとの混合ガス、ＢＦＧとＮ２ガスとの混合ガス、ＢＦＧのみのいずれかが流れる。以下では、増熱ガスライン３０及び減熱ガスライン４０の接続位置よりも下流側の主燃料ガスライン２０に流れるガスを燃料ガスとする。主燃料ガスライン２０に設けられているカロリー計２４は、この燃料ガスの単位カロリーを測定する。
【００４０】
燃料ガス制御装置１００は、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーＳＶに近づくよう、増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を指示する主制御部１１０と、カロリー計２４から燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを取得する燃料ガスカロリー取得部１２１と、各ガス流量計２８，３１，４２から各ガスの流量を取得するガス流量取得部１２２と、ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧを求める単味カロリー演算部と、調整ガス調節弁である増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１に全閉を指示する弁制限制御部１２５と、各種データが記憶されている記憶部１３０と、を有している。
【００４１】
主制御部１１０は、燃料ガスの単位カロリーが設定カロリーＳＶになる増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を求めて各調節弁３１，４１に弁開度を指示するフィードフォワード制御器１１１と、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴと設定カロリーＳＶとの偏差Δを求める減算器１１２と、減算器１１２が求めた偏差Δが小さくなる増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を求めて各調節弁３１，４１に弁開度を指示するフィードバック制御器１１３と、を有している。
【００４２】
ガス流量取得部１２２は、前述したように、燃料ガス流量計２８から燃料ガスの流量、増熱ガス流量計３２からＣＯＧの流量、減熱ガス流量計４２からＮ２ガスの流量を取得し、これらを単味カロリー演算部１２３に送る。このガス流量取得部１２２は、各流量計２８，３２，４２からの送られてくる流量が体積流量である場合に、これを重量流量に変換する機能を有している。体積流量を重量流量に変換する方法としては、対象ガスの密度が予め定めた密度であると仮定して、体積流量にこの密度を掛ける方法や、ガス成分分析計を設け、対象ガス中にどのようなガスがどの程度含まれているかガス成分分析計から取得し、各成分ガスの量から重量流量を求める方法等、各種方法がある。また、このガス流量取得部１２２は、カロリー計２４からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを単味カロリー演算部１２３に渡す際に、カロリー測定された燃料ガスをカロリー計２４がサンプリングしたときの、カロリー計２４の主燃料ガスライン２０との接続位置における各ガス流量を単味カロリー演算部１２３に渡すために、各ガス流量の出力を遅延させる機能も有している。
【００４３】
弁制限制御部１２５は、ガスカロリー取得部１２１からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴとこの燃料ガスの単位カロリーに対する制限値Ｓａ，Ｓｂとの大小関係を比較する第一比較器１２６と、単味カロリー演算部１２３で求められたＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧと燃料ガスに対する設定カロリーＳＶとの大小関係を比較する第二比較器１２７と、第一比較器１２６及び第二比較器１２７による比較結果に応じて各調節弁３１，４１に全閉を指示する指示出力器１２８と、を有している。
【００４４】
記憶部１３０には、燃料ガスに対する設定カロリーＳＶ１３１と、燃料ガスの単位カロリーに対する制限値である上限値Ｓａ１３１及び下限値Ｓｂ１３２と、ＣＯＧの単位カロリーｑＣＯＧ１３４と、Ｎ２ガスの単位カロリーｑＮ２１３５とが予め記憶されている。
【００４５】
なお、以上で説明した燃料ガス制御装置１００は、コンピュータで構成されており、燃料ガス制御装置１００の各機能部１１０，１２１，１２２，１２３，１２５は、いずれも、ハードディスクドライブ装置等の外部記憶装置やメモリ等の記憶装置と、この記憶装置に記憶されているプログラムを実行するＣＰＵとを有して構成されている。また、記憶部１３０は、ハードディスクドライブ装置等の外部記憶装置やメモリ等の記憶装置で構成されている。記憶部１３０に記憶されている各種データは、キーボード等の入力装置を操作することで適宜変更することができる。
【００４６】
次に、燃料ガス制御装置１００の動作について説明する。
【００４７】
カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーｑＧＴは、燃料ガスカロリー取得部１２１により取得され、主制御部１１０、単味カロリー演算部１２３及び弁制限制御部１２５に渡される。
【００４８】
主制御部１１０の減算器１１２は、記憶部１３０に記憶されている設定カロリーＳＶ１３１と燃料ガスカロリー取得部１２１からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴとの偏差Δを求め、この偏差Δをフィードバック制御器１１３に渡す。フィードバック制御器１１３は、この偏差Δが小さくなるよう、増熱ガス調節弁３１の弁開度及び減熱ガス調節弁４１の弁開度を求め、増熱ガス調節弁３１及び減熱ガス調節弁４１に対して弁開度を指示する。
【００４９】
単味カロリー演算部１２３は、燃料ガスカロリー取得部１２１からの燃料ガスの単位カロリーｑＧＴと、記憶部１３０に記憶されているＣＯＧの単位カロリーｑＣＯＧ１３４及びＮ２ガスの単位カロリーｑＮ２１３５と、ガス流量取得部１２２からの各ガス流量ＷＧＴ，ＷＣＯＧ，ＷＮ２とを用いて、以下の式により、ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧを求める。
【００５０】
ｑＢＦＧ＝（ｑＧＴ・ＷＧＴ−ｑＣＯＧ・ＷＣＯＧ−ｑＮ２・ＷＮ２）／ＷＢＦＧ
【００５１】
なお、上記式中、ＷＧＴは燃料ガスの重量流量であり、ＷＣＯＧはＣＯＧの重量流量であり、ＷＮ２はＮ２ガスの重量流量であり、ＷＢＦＧはＢＦＧの重量流量である。ＢＦＧの重量流量ＷＢＦＧは、燃料ガスの重量流量ＷＧＴから、ＣＯＧの重量流量ＷＣＯＧ及びＮ２ガスの重量流量ＷＮ２を減算することで得られる。各ガスの重量流量は、全て測定により得てもよいが、以上のように、一のガスの重量流量に関しては、他のガスの重量流量から求めてもよい。また、ここでは、燃料ガスの流量、ＣＯＧガスの流量、Ｎ２ガスの流量をいずれも流量計で測定しているが、各ガスの調節弁２３，３２，４２の弁開度から各ガスの流量を求めるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記式中の各ガス流量は、いずれも、前述したように、カロリー測定された燃料ガスをカロリー計２４がサンプリングしたときの、カロリー計２４の主燃料ガスライン２０との接続位置における各ガス流量である。このため、上記式で求められるＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧは、カロリー測定された燃料ガスをカロリー計２４がサンプリングしたときの、カロリー計２４の主燃料ガスライン２０との接続位置におけるＢＦＧ単味の単位カロリーである。
【００５３】
次に、燃料ガス制御装置１００の弁制限制御部１２５の動作について、図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００５４】
弁制限制御部１２５は、まず、燃料ガスカロリー取得部１２１から燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを取得すると共に、単味カロリー演算部１２３からＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧを取得する（Ｓ１０）。
【００５５】
弁制限制御部１２５の第一比較器１２６は、燃料ガスカロリー取得部１２１から取得した燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが記憶部１３０に記憶されている上限値Ｓａ１３２より大きいか否かを判断する（Ｓ１１）。燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きいと判断された場合、第二比較器１２７は、単味カロリー演算部１２３から取得したＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが記憶部１３０に記憶されている設定カロリーＳＶ１３１より大きいか否かを判断する（Ｓ１２）。ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きいと判断された場合、指示出力器１２８は、増熱ガス調節弁３１に対して全閉を指示すると共に、全閉を指示した旨を記憶する（Ｓ１３）。この全閉指示は、主制御部１１０から増熱ガス調節弁３１への弁開度指示に優先する。このため、増熱ガス調節弁３１は、弁制限制御部１２５から全閉指示を受けると、主制御部１１０から如何なる指示を受けても全閉となる。
【００５６】
ステップ１１で燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きくないと判断された場合、及びステップ１２でＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きくないと判断された場合、指示出力器１２８は、増熱ガス調節弁３１に対する全閉指示済みか否かを判断する（Ｓ１４）。この判断は、全閉を指示した旨の記憶があるか否かにより判断する。指示出力器１２８は、全閉指示済みでないと判断すると、一連の処理を終了する。一方、指示出力器１２８は、全閉指示済みと判断すると、増熱ガス調節弁３１に全閉解除を指示して（Ｓ１５）、一連の処理を終了する。
【００５７】
すなわち、以上のステップ１１〜１５の処理により、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きい場合には、増熱ガス調節弁３１へ全閉が指示される（Ｓ１３）。一方、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以下の場合や、燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａ以下で且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより大きい場合には、増熱ガス調節弁３１へ全閉は指示されない。また、一旦、増熱ガス調節弁３１へ全閉が指示された後、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａ以下になった場合、又はＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以下になった場合には、この増熱ガス調節弁３１へ全閉解除が指示される（Ｓ１５）。
【００５８】
ステップ１１で燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａより大きくないと判断された場合、第一比較器１２６は、燃料ガスカロリー取得部１２１から取得した燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが記憶部１３０に記憶されている下限値Ｓｂ１３３より小さいか否かを判断する（Ｓ２１）。燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さいと判断された場合、第二比較器１２７は、単味カロリー演算部１２３から取得したＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが記憶部１３０に記憶されている設定カロリーＳＶ１３１より小さいか否かを判断する（Ｓ２２）。ＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さいと判断された場合、指示出力器１２８は、減熱ガス調節弁４１に対して全閉を指示すると共に、全閉を指示した旨を記憶する（Ｓ２３）。この全閉指示も、主制御部１１０から減熱ガス調節弁４１への弁開度指示に優先する。このため、減熱ガス調節弁４１は、弁制限制御部１２５から全閉指示を受けると、主制御部１１０から如何なる指示を受けても全閉となる。
【００５９】
ステップ２１で燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さくないと判断された場合、及びステップ２２でＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さくないと判断された場合、指示出力器１２８は、減熱ガス調節弁４１に対する全閉指示済みか否かを判断する（Ｓ２４）。この判断も、全閉を指示した旨の記憶があるか否かにより判断する。指示出力器１２８は、全閉指示済みでないと判断すると、一連の処理を終了する。一方、指示出力器１２８は、全閉指示済みと判断すると、減熱ガス調節弁４１に全閉解除を指示して（Ｓ２５）、一連の処理を終了する。
【００６０】
すなわち、以上のステップ２１〜２５の処理により、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さい場合には、減熱ガス調節弁４１へ全閉が指示される（Ｓ２３）。一方、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂより小さく且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以上の場合や、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが上限値Ｓａ以上で且つＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶより小さい場合には、減熱ガス調節弁４１へ全閉は指示されない。また、一旦、減熱ガス調節弁４１へ全閉が指示された後、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが下限値Ｓｂ以上になった場合、又はＢＦＧ単味の単位カロリーｑＢＦＧが設定カロリーＳＶ以上になった場合には、この減熱ガス調節弁４１へ全閉解除が指示される（Ｓ２５）。
【００６１】
次に、ＢＦＧ単味の単位カロリーが変化したときの燃料ガス制御装置１００の動作、及びそのときのカロリー計２４の測定値の変化について、図３を用いて説明する。なお、図３中、縦軸はカロリー及びＣＯＧの流量を示し、横軸は時間を示す。また、太い実線は、本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御された場合のカロリー計２４の測定値を示し、太い二点鎖線は本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御されない場合（増熱ガス調節弁３１の全閉実施）のカロリー計２４の測定値を示す。また、細い破線は、本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御された場合のカロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー値（カロリー計２４による測定による遅れ無し）を示し、細い二点鎖線は本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御されない場合（増熱ガス調節弁３１の全閉実施）のカロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー値を示す。太い破線は、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリーを示す。また、細い実線は、本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御された場合のカロリー計設置位置でのＣＯＧの流量を示し、細い一点鎖線は本実施形態の燃料ガス制御装置１００により制御されない場合（増熱ガス調節弁３１の全閉実施）のカロリー計設置位置でのＣＯＧの流量を示す。
【００６２】
ここで、以下では、ＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）が当初設定カロリーＳＶより高く、その後、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に設定カロリーＳＶよりも大幅に低くなってから、高くなったものの、再び、設定カロリーＳＶよりも低い状態が続いた場合について説明する。
【００６３】
ＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）が急激に設定カロリーＳＶよりも大幅に低くなると、燃料ガスの単位カロリー（細い破線）も急激に低くなる（ｔ1）。カロリー計２４は、サンプリング配管の存在による応答遅れやカロリー測定端子のガス洗浄工程等があるため、１分以上の応答遅れ時間Ｔｄ１がある。このため、カロリー計２４は、燃料ガスの単位カロリーが急激に低くなり始めた時点から（ｔ1）、遅れ時間Ｔｄ１経過した後、燃料ガスの単位カロリー（太い実線）の急激低下を測定する（ｔ2）。カロリー計２４によって測定された燃料ガスの単位カロリーが低下し、設定カロリーＳＶよりもさらに低くなると（ｔ3）、主制御部１１０は増熱ガス調節弁３１へ弁開度の増大を指示し、増熱ガス調節弁３１の弁開度は増大して、ＣＯＧの流量も増加する。増熱ガス調節弁３１へ弁開度の増大の指示により、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量（細い実線）が増加し始める時点（ｔ4）は、主制御部１１０が増熱ガス調節弁３１へ弁開度の増大を指示してから（ｔ3）、増熱ガス調節弁３１が設けられている位置からカロリー計設置位置までの配管の存在等による遅れ時間Ｔｄ２を経過した時点になる。
【００６４】
カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量が増加し始めた時点（ｔ4）でも、カロリー計２４により測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）は、依然として低下し、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量が増加し始めた時点（ｔ4）から遅れ時間Ｔｄ1経過した後（ｔ5）に、高くなり始める。
【００６５】
カロリー計２４により測定される燃料ガスの単位カロリー（太い実線）は、その後、高まり、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い破線）が設定カロリーＳＶを上回ってもさらに高まる。
【００６６】
一方、カロリー計２４によって測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）が高まるに連れて、主制御部１１０から増熱ガス調節弁３１へ指示する弁開度は、徐々に減少し、これに伴いＣＯＧの流量（細い実線）も徐々に減少する。
【００６７】
このような状態で、前述したように、ＢＦＧ単味の単位カロリー（太い実線）が高くなると（但し、設定カロリーＳＶよりも高くならない）、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い破線）は、燃料ガスの上限値Ｓａを超えることがある。カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えると（ｔ6）、カロリー計２４は、遅れ時間Ｔｄ1経過後に、この燃料ガスの単位カロリーを測定する（ｔ7）。
【００６８】
仮に、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）が上限値Ｓａを超えた場合、上限値Ｓａを超えたことのみを条件に保護回路等が働いて増熱ガス調節弁３１が緊急遮断、つまり急激に全閉になると、その後、遅れ時間Ｔｄ２経過後（ｔ8）に、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量（細い一点鎖線）が急激に低下すると共に、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い二点鎖線）も急激に低下する。しかも、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えた時点（ｔ6）で、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）は設定カロリーＳＶよりも低いため、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリーは設定カロリーＳＶよりも低くなる。
【００６９】
すなわち、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えた場合、上限値Ｓａを超えたことのみを条件に保護回路等が働いて増熱ガス調節弁３１を急激に全閉にすると、カロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い二点鎖線）は、急激に設定カロリーＳＶよりも低くなる可能性がある。
【００７０】
一方、本実施形態では、前述したように、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリー（太い実線）が上限値Ｓａを超えた場合（ｔ7）でも、さらに、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリー（太い破線）が設定カロリーＳＶを超えていなければ、増熱ガス調節弁３１に対して全閉を指示しない。このため、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが上限値Ｓａを超えているものの、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリーが設定カロリーＳＶを超えていない上記状態では、増熱ガス調節弁３１は直ちに全閉にならず、主制御部１１０によるフィードバック制御により、増熱ガス調節弁３１はその弁解度が徐々に減少する。この結果、カロリー計設置位置でのＣＯＧの流量は徐々に減少し、このカロリー計設置位置での燃料ガスの単位カロリー（細い破線）も徐々に減少する。
【００７１】
また、以上は、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に低下して、増熱ガス調節弁３１の弁開度を増加させた場合の例であるが、逆に、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に上がり、減熱ガス調節弁４１の弁開度を増加させた場合も、以上と基本的に同様である。すなわち、減熱ガス調節弁４１の弁開度を増加させた結果、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーが下限値Ｓｂを下回っても、カロリー計設置位置でのＢＦＧ単味の単位カロリーが設定カロリーよりも下回っていない状態では、減熱ガス調節弁４１は直ちに全閉にならず、主制御部１１０によるフィードバック制御により、減熱ガス調節弁４１はその弁解度が徐々に減少する。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、ＢＦＧ単味の単位カロリーが急激に大きく変動し、燃料ガスの単位カロリーが制限値Ｓａ，Ｓｂを過ぎた場合でも、設定カロリーＳＶを基準したＢＦＧ単味の単位カロリーの高低が制限値と逆である場合には、調整ガス調節弁３１，４１の全閉が優先指示されないため、燃料ガスの単位カロリーが、制限値Ｓａ，Ｓｂから設定カロリーＳＶを跨いでＢＦＧ単味の単位カロリーの値近くまで急激に変化することを回避することができる。よって、本実施形態よれば、ガスタービン燃焼器１２を安定燃焼させることができる。
【００７３】
次に、本発明に係るガスタービン設備の第二実施形態について、図４を参照して説明する。
【００７４】
本実施形態のガスタービン設備は、基本的に第一実施形態の同じであるが、主燃料ガスライン２０にカロリー計２４（図１）が設けられていない点が第一実施形態と異なっている。さらに、本実施形態の燃料ガス制御装置１００ａは、第一実施形態の燃料ガス制御装置１００と同様、主制御部１１０と燃料ガスカロリー取得部１２１ａとガス流量取得部１２２ａと単味カロリー演算部１２３と弁制限制御部１２５ａと記憶部１３０とを有しているものの、燃料ガスカロリー取得部１２１ａとガス流量取得部１２２ａと弁制限制御部１２５ａの機能が第一実施形態と異なっている。
【００７５】
そこで、以下では、第一実施形態と異なっている点について詳細に説明する。
【００７６】
本実施形態の燃料ガス制御装置１００ａのガス流量取得部１２２ａは、第一実施形態と同様、燃料ガス流量計２８から燃料ガスの流量、増熱ガス流量計３２からＣＯＧの流量、減熱ガス流量計４２からＮ２ガスの流量を取得し、これらを単味カロリー演算部１２３に送る。さらに、本実施形態のガス流量取得部１２２ａは、燃料ガス流量計２８から燃料ガスの流量を燃料ガス取得部１２１ａにも送る。
【００７７】
また、本実施形態の燃料ガスカロリー取得部１２１ａは、ガス流量取得部１２２ａからの燃料ガスの流量と、発電機１４の出力計１６で測定された出力とを用いて、燃料ガスの単位カロリーを求める機能を有している。
【００７８】
ガスタービンの出力ＧＴｍｗ、言い換えると、発電機の出力は、燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）にほぼ比例するため、ガスタービンの出力ＧＴｍｗと燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）とは、以下の式に示す関係がある。
【００７９】
ＧＴｍｗ＝ｋ・ｑＧＴ・ＷＧＴ
【００８０】
ここで、上記式中、ＷＧＴは燃料ガスの重量流量であり、ｑＧＴは燃料ガスの単位カロリーであり、ｋは定数である。
【００８１】
燃料ガスカロリー取得部１２１ａは、例えば、上記定数ｋを予め記憶しておき、ガス流量取得部１２２ａからの燃料ガスの流量ＷＧＴと、発電機１４の出力計１６で測定された出力ＧＴｍｗを上記式に代入して、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを求める。
【００８２】
ガスタービン１０の燃焼器１２に燃料ガスが流入すると、発電機１４の出力計１６の出力には、極めて短時間のうちに、この燃料ガスの単位カロリーに応じた出力が反映される。このため、以上のように求められた燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを用いて、各調整ガス調節弁３１，４１の制御を行うと、第一実施形態のように、カロリー計２４で測定された燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを用いて、各調整ガス調節弁３１，４１の制御を行うよりも、実際の燃料ガスの単位カロリーの変化に対する制御応答性を高めることができる。
【００８３】
なお、上記定数ｋを予め記憶しておく場合には、上記式で得られた燃料ガスの単位カロリーｑＧＴが、ＢＦＧ単味の単位カロリーが安定している定常運転中の燃料ガスの測定単位カロリーｑＧＴに近づくよう、上記定数ｋを更新することが好ましい。
【００８４】
また、燃料ガスの単位カロリーｑＧＴを求める際の各種状態量に応じて、上記定数ｋをその都度求めてもよい。具体的に、ガスタービンの出力ＧＴｍｗと燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）との関係は、燃料ガスの供給圧力、燃料ガス温度、空気圧縮機１３の吸気流量、この吸気温度、系統周波数等の変動によって変動する。そこで、これらの状態量の変動とガスタービンの出力ＧＴｍｗと燃料ガスの保有熱量（ｑＧＴ・ＷＧＴ）との関係の変動と、これらの状態量の変動との関係を予め調べておき、この関係に基づいて、これらの状態量の測定値から定数ｋを定めるようにしてもよい。
【００８５】
また、本実施形態では、前述したように、燃料ガス制御装置１００ａの弁制限制御部１２５ａの機能が第一実施形態と異なっている。本実施形態の弁制限制御部１２５ａの第二比較器１２７ａは、設定カロリーＳＶとＢＦＧの単位重量あたりのカロリーとの大小関係（高低関係）を判断する際、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程では設定カロリーＳＶとして第一設定カロリーを用いて判断し、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが低くなっている過程では設定カロリーＳＶとして第一設定カロリーよりも低い値の第二設定カロリーを用いて判断する。すなわち、弁制限制御部１２５ａの第二比較器１２７ａは、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが変化過程に応じて、設定カロリーＳＶをシフトさせている、言い換えると、設定カロリーＳＶにヒステリシス性を持たせている。なお、ＢＦＧの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程であるか低くなっている過程かは、単味カロリー演算部１２３から送られてくるＢＦＧの単位重量あたりのカロリーを一時的に記憶しておき、前回記憶したカロリーと新たに送られてきたカロリーとを比較することで判断することができる。
【００８６】
このように、設定カロリーＳＶにヒステリシス性を持たせることにより、設定カロリーＳＶとＢＦＧの単位重量あたりのカロリーとの大小関係（高低関係）の頻繁な変化を抑えることができ、調整ガス調節弁３１，４１の全閉制御を安定化させることができる。なお、ここでは、弁制限制御部１２５ａの第二比較器１２７における閾値としての設定カロリーＳＶにヒステリシス性を持たせているが、弁制限制御部１２５ａの第一比較器１２６における閾値としての上限値Ｓａ及び下限値Ｓｂもヒステリシス性を持たせてもよい。
【００８７】
また、以上の実施形態では、製鉄所の高炉からのＢＦＧを主燃料ガスとするガスタービン設備を例示しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ（Integrated coal Gasification Combined Cycle）設備で石炭ガスを主燃料ガスとするガスタービン設備に本発明を適用してもよいし、メタンガス等を主燃料ガスとするガスタービン設備に本発明を適用してもよい。また、調整ガスに関しても、ＣＯＧやＮ２ガスに限定されるものではなく、その他のガスを用いてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０…ガスタービン、２０…主燃料ガスライン、２４…カロリー計、３０…増熱ガスライン（調整ガスライン）、３１…増熱ガス調節弁（調整ガス調節弁）、４０…減熱ガスライン（調整ガスライン）、４１…減熱ガス調節弁（調整ガス調節弁）、１００，１００ａ…燃料ガス制御装置、１１０…主制御部、１１３…フィードバック制御器、１２１，１２１ａ…燃料ガスカロリー取得部、１２２，１２２ａ…ガス流量取得部、１２３…単味カロリー演算部、１２５，１２５ａ…弁制限制御部、１３０…記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御装置において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得部と、
前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得部と、
前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御部と、
前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得手段で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算部と、
前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御部による前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御部と、
を備え、
前記弁制限制御部は、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しない、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料ガス制御装置において、
前記弁制限制御部は、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料ガス制御装置において、
前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを増加させる前記調整ガスの一つである増熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む増熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記増熱ガスの流量を調節する増熱ガス調節弁を有しており、
前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも高いカロリー値の前記制限値を上回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを上回ると、前記増熱ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置において、
前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを減少させる前記調整ガスの一つである減熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む減熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記減熱ガスの流量を調節する減熱ガス調節弁を有しており、
前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも低いカロリー値の前記制限値を下回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを下回ると、前記減熱ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置において、
前記弁制限制御部は、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低を判断する際、該主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程では前記設定カロリーとして第一設定カロリーを用いて判断し、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが低くなっている過程では前記設定カロリーとして該第一設定カロリーよりも低い値の第二設定カロリーを用いて判断する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置において、
前記ガス流量取得部は、前記燃料ガスの流量を取得し、
前記燃料ガスカロリー取得部は、前記ガスタービンの出力を取得し、該ガスタービン出力と前記ガス流量取得部が取得した前記燃料ガスの流量とを用いて、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置と、
前記ガスタービンと、
前記主燃料ガスラインと、
前記調整ガスラインと、
前記調整ガス調節弁と、
を備えていることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項８】
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御方法において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得工程と、
前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得工程と、
前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御工程と、
前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得工程で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算工程と、
前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御工程での前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御工程と、
を有し、
前記弁制限制御工程では、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しない、
ことを特徴とする燃料ガス制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料ガス制御方法において、
前記弁制限制御工程では、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御方法。
【請求項１】
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御装置において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得部と、
前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得部と、
前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御部と、
前記燃料ガスカロリー取得手段で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得手段で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算部と、
前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御部による前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御部と、
を備え、
前記弁制限制御部は、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しない、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料ガス制御装置において、
前記弁制限制御部は、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料ガス制御装置において、
前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを増加させる前記調整ガスの一つである増熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む増熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記増熱ガスの流量を調節する増熱ガス調節弁を有しており、
前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも高いカロリー値の前記制限値を上回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを上回ると、前記増熱ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置において、
前記ガスタービン設備は、前記調整ガスラインとして、前記燃料ガスのカロリーを減少させる前記調整ガスの一つである減熱ガスを前記主燃料ガスライン中に送り込む減熱ガスラインを有すると共に、前記調整ガス調節弁として、前記減熱ガスの流量を調節する減熱ガス調節弁を有しており、
前記弁制限制御部は、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーよりも低いカロリー値の前記制限値を下回り、且つ、前記単味カロリー演算部で求められた前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが前記設定カロリーを下回ると、前記減熱ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置において、
前記弁制限制御部は、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低を判断する際、該主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが高くなっている過程では前記設定カロリーとして第一設定カロリーを用いて判断し、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが低くなっている過程では前記設定カロリーとして該第一設定カロリーよりも低い値の第二設定カロリーを用いて判断する、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置において、
前記ガス流量取得部は、前記燃料ガスの流量を取得し、
前記燃料ガスカロリー取得部は、前記ガスタービンの出力を取得し、該ガスタービン出力と前記ガス流量取得部が取得した前記燃料ガスの流量とを用いて、前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める、
ことを特徴とする燃料ガス制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料ガス制御装置と、
前記ガスタービンと、
前記主燃料ガスラインと、
前記調整ガスラインと、
前記調整ガス調節弁と、
を備えていることを特徴とするガスタービン設備。
【請求項８】
ガスタービンと、該ガスタービンに主燃料ガスを送る主燃料ガスラインと、主燃料ガスライン中にカロリー調整用の調整ガスを送る調整ガスラインと、該調整ガスラインから該主燃料ガスライン中に送られる前記調整ガスの流量を調節する調整ガス調節弁と、を備えているガスタービン設備の燃料ガス制御方法において、
前記調整ガスラインとの接続位置よりも下流側の前記主燃料ライン中のガスである燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを取得する燃料ガスカロリー取得工程と、
前記調整ガスの流量と前記主燃料ガスの流量と前記燃料ガスの流量とのうち、少なくとも２つガス流量を取得するガス流量取得工程と、
前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと該燃料ガスの設定カロリーとの偏差が小さくなるよう、前記調整ガス調節弁に対して弁開度を指示する主制御工程と、
前記燃料ガスカロリー取得工程で取得された前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーと、前記調整ガスの単位重量あたりの想定カロリーと、前記ガス流量取得工程で取得された前記少なくとも２つのガス流量とを用いて、前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーを求める単味カロリー演算工程と、
前記燃料ガスの単位重量あたりのカロリーが予め定めた制限値を過ぎたことを条件にして、前記主制御工程での前記調整ガス調節弁の指示に対して、該調整ガス調節弁の全閉を優先指示する弁制限制御工程と、
を有し、
前記弁制限制御工程では、前記条件を満たしても、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と逆である場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を指示しない、
ことを特徴とする燃料ガス制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料ガス制御方法において、
前記弁制限制御工程では、前記条件を満たし、且つ、前記設定カロリーを基準した前記主燃料ガスの単位重量あたりのカロリーの高低が前記制限値と同じである場合には、前記調整ガス調節弁の全閉を優先指示する、
ことを特徴とする燃料ガス制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９７７０１（Ｐ２０１２−１９７７０１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１３４９（Ｐ２０１１−６１３４９）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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