燃料供给系统、燃气轮机、发电设备、控制方法以及程序与流程

本发明涉及燃料供给系统、燃气轮机、发电设备、控制方法以及程序。

本申请基于2018年1月12日在日本申请的日本特愿2018-003422号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术：

提供一种gtcc(燃气轮机联合循环)发电设备，其驱动燃气轮机和利用蒸汽的蒸汽轮机来进行发电，其中，所述蒸汽是利用从燃气轮机排出的废热而生成的。在这样的发电设备的运转中发生紧急情况的情况下，存在进行被称作负载切断的运用的情况，在该负载切断中，切断负载而继续运转。若进行负载切断，则燃气轮机的转速上升。此时，为了防止转速的过度上升，存在进行迅速减少向燃烧器供给的燃料，并将转速抑制在规定的阈值以下的控制的情况。燃气轮机包括具有作用不同的多个燃料供给系统的燃气轮机。在具有多个燃料供给系统的燃气轮机中，为了在负载切断时，在使燃料供给量迅速降低时也防止燃烧器的失火，存在进行使向供给作为火种的火焰的先导系统供给的燃料供给量增加的控制的情况。

作为相关的技术，在专利文献1中记载了如下控制方法，在对先导系统的燃料供给量进行调节的阀的上游侧设置燃料贮存部，预先在该燃料贮存部中贮存气体的燃料，在燃气轮机的启动时、负载切断时从燃料贮存部供给燃料，从而使向先导系统供给的燃料增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2013-545022号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

近年来，由于削减成本的需求等，存在将向燃烧器供给的燃料的供给压被限制为较低的压力的情况。当在这样的设备中发生负载切断时，即使欲使向先导系统供给的燃料供给量增加，由于原本的燃料的供给压力并不充分，因此存在无法供给保持火焰所需的足够的燃料的可能性。

本发明提供能够解决上述课题的燃料供给系统、燃气轮机、发电设备、控制方法以及程序。

用于解决课题的方案

根据本发明的一方案，燃料供给系统具备：燃料供给流路，其具备对燃气轮机的燃料进行加热的燃料加热装置，并将由所述燃料加热装置加热后的所述燃料向第一喷嘴以及第二喷嘴供给；旁通流路，其以不经由所述燃料供给流路的方式向所述第一喷嘴供给所述燃料；以及旁通燃料流量调节阀，其对在所述旁通流路中流动的所述燃料的流量进行调节。

根据本发明的一方案，在所述燃料供给系统中，经由所述旁通流路向所述第一喷嘴供给的燃料的密度比经由所述燃料供给流路向所述第一喷嘴供给的燃料的密度高。

根据本发明的一方案，在所述燃料供给系统中，所述旁通流路的压力损失比所述燃料供给流路的压力损失少。

根据本发明的一方案，在所述燃料供给系统中，还设置有将所述旁通流路与所述燃料供给流路连接的排液的排出流路。

根据本发明的一方案，所述旁通燃料流量调节阀设置于所述旁通流路中的所述排出流路的连接位置与连接有所述第一喷嘴的歧管之间。

根据本发明的一方案，所述旁通燃料流量调节阀设置于比所述排出流路的连接位置更接近所述歧管的位置。

根据本发明的一方案，在所述燃料供给系统中，在将所述旁通燃料流量调节阀与连接有所述第一喷嘴的歧管之间的配管距离设为第一距离，将设置于所述燃料供给流路且对向所述第一喷嘴供给的燃料的流量进行调节的第一燃料流量调节阀与所述歧管之间的配管距离设为第二距离时，所述旁通燃料流量调节阀设置于所述第一距离成为所述第二距离以下的位置。

根据本发明的一方案，还具备对所述旁通燃料流量调节阀的开度进行调节的控制装置。

根据本发明的一方案，在所述燃料供给流路设置有对向所述第一喷嘴供给的燃料流量进行调节的第一燃料流量调节阀，所述控制装置在所述燃气轮机的负载降低时，将所述第一燃料流量调节阀以及所述旁通燃料流量调节阀以比所述负载降低前大的开度打开。

根据本发明的一方案，所述控制装置进行如下控制：在所述负载降低时将所述第一燃料流量调节阀全开规定的时间，将在所述负载降低前为关闭状态的所述旁通燃料流量调节阀在所述负载降低时以规定的开度打开。

根据本发明的一方案，所述控制装置基于根据所述负载降低后的经过时间而确定的燃料流量的变化指标，来对所述负载降低后的所述旁通燃料流量调节阀的开度进行控制。

根据本发明的一方案，所述控制装置基于所述负载降低时的所述第一喷嘴的燃空比和所述第二喷嘴的燃空比、以及表示发生失火的所述第一喷嘴的燃空比和所述第二喷嘴的燃空比的关系的信息，来对调整所述旁通燃料流量调节阀的开度的系数进行学习。

根据本发明的一方案，所述控制装置基于表示所述燃气轮机吸入的空气的状态的环境条件，来对所述旁通燃料流量调节阀的开度进行校正。

根据本发明的一方案，所述控制装置基于表示所述燃料的性质的燃料条件，来对所述旁通燃料流量调节阀的开度进行校正。

根据本发明的一方案，燃料供给系统具备：燃料供给流路，其在燃气轮机的通常的负载运转时向第一喷嘴以及第二喷嘴供给燃料；旁通流路，其以不经由所述燃料供给流路的方式向所述第一喷嘴供给所述燃料；以及旁通燃料流量调节阀，其对在所述旁通流路中流动的所述燃料的流量进行调节，在所述通常的负载运转时，将所述旁通燃料流量调节阀关闭，在与所述通常的负载运转时相比使负载降低时，将所述旁通燃料流量调节阀打开。

根据本发明的一方案，燃气轮机具备：压缩机；燃烧器；涡轮；以及上述任一项所述的燃料供给系统。

根据本发明的一方案，发电设备具备：上述的燃气轮机；蒸汽轮机；以及发电机。

根据本发明的一方案，控制方法在燃料供给系统中使用，其中，所述燃料供给系统具备：燃料供给流路，其具备对燃气轮机的燃料进行加热的燃料加热装置，并将由所述燃料加热装置加热后的燃料向第一喷嘴以及第二喷嘴供给；旁通流路，其以不经由所述燃料供给流路的方式向所述第一喷嘴供给所述燃料；以及旁通燃料流量调节阀，其对在所述旁通流路中流动的所述燃料的流量进行调节，在所述控制方法中，在所述燃气轮机的负载降低时，将所述旁通燃料流量调节阀从关闭控制为打开。

根据本发明的一方案，程序使燃料供给系统的控制装置的计算机发挥作用，其中，所述燃料供给系统具备：燃料供给流路，其具备对燃气轮机的燃料进行加热的燃料加热装置，并将由所述燃料加热装置加热后的燃料向第一喷嘴以及第二喷嘴供给；旁通流路，其以不经由所述燃料供给流路的方式向所述第一喷嘴供给所述燃料；以及旁通燃料流量调节阀，其对在所述旁通流路中流动的所述燃料的流量进行调节，所述程序用于使所述燃料供给系统的控制装置的计算机作为在所述燃气轮机的负载降低时将所述旁通燃料流量调节阀从关闭控制为打开的单元而发挥作用。

发明效果

根据上述的燃料供给系统、燃气轮机、发电设备、控制方法以及程序，即使在使燃气轮机的负载迅速降低时使燃料供给量降低的情况下，也能够确保所需的燃料供给量，并防止失火。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式中的联合循环发电设备的系统图。

图2是对负载切断时的一般的燃料供给的控制方法进行说明的第一图。

图3是对负载切断时的一般的燃料供给的控制方法进行说明的第二图。

图4是对负载切断时的一般的燃料供给的控制方法进行说明的第三图。

图5是示出本发明的第一实施方式中的控制装置的一例的框图。

图6是对本发明的第一实施方式中的向预混先导系统供给的燃料的控制方法进行说明的图。

图7是示出本发明的第一实施方式中的控制的一例的流程图。

图8是示出本发明的第一实施方式中的燃料调节阀的开度控制的一例的第一图。

图9是示出本发明的第一实施方式中的燃料调节阀的开度控制的一例的第二图。

图10是对本发明的第一实施方式中的控制的效果进行说明的图。

图11是示出本发明的第二实施方式中的控制装置的一例的框图。

图12是对本发明的第二实施方式中的向预混先导系统供给的燃料的控制方法进行说明的图。

图13是示出本发明的第三实施方式中的控制装置的一例的框图。

图14是对本发明的第三实施方式中的向预混先导系统供给的燃料的控制方法进行说明的图。

图15是示出本发明的第三实施方式中的阀开度调整系数的学习处理的一例的流程图。

图16是示出本发明的各实施方式中的控制装置的硬件结构的一例的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照图1～图10对本发明的第一实施方式中的负载切断时的控制方法进行说明。

图1是本发明的第一实施方式中的联合循环发电设备的系统图。

如图1所示，本实施方式的燃气轮机联合循环发电设备1(以下，记载为发电设备1)具备燃气轮机10、蒸汽轮机20、以与燃气轮机10及蒸汽轮机20的转子16连接的方式设置的发电机40、以及控制发电设备1的控制装置100。

燃气轮机10具备对从空气入口系统18流入的空气量进行调整的igv(inletguidevane)15、将空气压缩以生成压缩空气的压缩机11、供压缩空气流入的机室12、向压缩空气混合燃料气体并使其燃烧从而生成高温的燃烧气体的燃烧器13、通过燃烧气体驱动转子16旋转的涡轮14、燃料箱p3及多个燃料系统f1～f5、向燃料系统f1～f5供给燃料的燃料管线l1、以及向燃料系统f1供给燃料的燃料管线l0等。在燃料管线l1设置有切断阀v6、过滤器fl1、排液接受口p1、切断阀出口p2、燃料加热装置(fgh：fuelgasheater)23、对压力供给系统17供给的燃料供给压进行控制的压力调节阀v7及压力调节阀v8、安全阀v9及安全阀v10。

多个燃料系统f1～f5可以分别是预混先导系统f1、扩散先导系统f2、主a系统f3、主b系统f4、顶帽系统f5。预混先导系统f1包括对来自燃料箱p3的燃料供给量进行调整的燃料流量调节阀v1、预混先导用歧管pp、与预混先导用歧管pp连接的燃料喷嘴n1。扩散先导系统f2包括对来自燃料箱p3的燃料供给量进行调整的燃料流量调节阀v2、扩散先导用歧管dp、与扩散先导用歧管dp连接的燃料喷嘴n2。主a系统f3包括对来自燃料箱p3的燃料供给量进行调整的燃料流量调节阀v3、主a用歧管ma、与主a用歧管ma连接的燃料喷嘴n3。主b系统f4包括对来自燃料箱p3的燃料供给量进行调整的燃料流量调节阀v4、主b用歧管mb、与主b用歧管mb连接的燃料喷嘴n4。顶帽系统f5包括对来自燃料箱p3的燃料供给量进行调整的燃料流量调节阀v5、顶帽用歧管tha、与顶帽用歧管tha连接的燃料喷嘴n5。

预混先导系统f1进行预混合燃烧从而提高燃烧器13的低nox化。扩散先导系统f2进行扩散燃烧从而实现火焰的稳定化。主a系统f3、主b系统f是供给与燃气轮机10的负载的大小相应的预混气体的主力的燃料系统。顶帽系统f5从燃烧器13的上游(机室12侧)喷射燃料气体，以实现燃烧效率的提高、火焰的稳定化。控制装置100根据燃气轮机10的负载、运转状态，对从上述多个燃料系统f1～f5供给的燃料供给量进行控制。

在燃料管线l0设置有过滤器fl0、排液排出口p0、对向预混先导用歧管pp供给的燃料供给量进行调节的燃料流量调节阀v0。燃料管线l0是本实施方式的燃气轮机10的特征性的结构，但由于其绕过燃料加热装置23、各阀等，因此与燃料管线l1相比，通过燃料管线l0的燃料的压力损失较少。通过燃料管线l0的燃料不被燃料加热装置23加热，因此与经由燃料管线l1供给的燃料相比温度较低且密度较高。即，向预混先导用歧管pp供给通过燃料管线l0且由燃料流量调节阀v0调节流量的燃料、以及通过燃料管线l1且由燃料流量调节阀v1调节流量的燃料这来自两个系统的燃料，但从燃料管线l0侧供给的燃料与从燃料管线l1侧供给的燃料相比为低温、高密度、高压。由于从燃料管线l0侧供给的燃料相对为高密度、高压，因此从燃料管线l0侧能够供给比燃料管线l1侧多的燃料。

连接排液排出口p0与排液接受口p1的管线l3用于将排液向燃料管线l1排出，以防止燃料积存于燃料管线l0。通过管线l3向燃料管线l1供给的燃料的流量被限制为微量。

燃料流量调节阀v0设置于排液排出口p0与预混先导用歧管pp之间的位置，且优选为设置于尽可能接近预混先导用歧管pp的位置，燃料流量调节阀v0例如可以设置于比排液排出口p0接近预混先导用歧管pp的位置。若将燃料流量调节阀v0与预混先导用歧管pp之间的配管距离设为第一距离，将燃料流量调节阀v1与预混先导用歧管pp之间的配管距离设为第二距离，则燃料流量调节阀v0可以设置于第一距离与第二距离成为相同程度的位置、或第一距离比所述第二距离短的位置。优选将燃料流量调节阀v0设置于接近预混先导用歧管pp的位置的理由是为了在打开燃料流量调节阀v0后迅速地供给燃料。

涡轮14的排气口与蒸汽轮机20的废热回收锅炉21连接。

蒸汽轮机20利用从涡轮14排出的废热而在废热回收锅炉21中生成蒸汽，并利用该蒸汽驱动涡轮22旋转。

废热回收锅炉21与上述的燃料加热装置23经由加热水供给管线l2连接。燃料加热装置23使100度以下的燃料的温度上升至数百度，以提高烧器13中的热效率。加热水从废热回收锅炉21通过加热水供给管线l2而向燃料加热装置23供给。在燃料加热装置23中，该加热水与在燃料管线l1中流动的燃料进行热交换。此时，热量从加热水向燃料移动，燃料的温度上升。在燃料加热装置23的下游侧(燃料流动的方向的下游侧)设置有未图示的温度传感器，控制装置100以温度传感器测量的燃料的温度成为期望的温度的方式进行控制。温度传感器设置于排液接受口p1的下游侧，包含从管线l3流入的燃料在内进行温度控制。

具体而言，在燃料加热装置23的内部设置有用于供加热水与燃料进行热交换的热交换器(未图示)、以及绕过该热交换器的燃料的旁通流路。控制装置100通过将燃料的流路在旁通流路与热交换器侧之间进行切换，来以燃料的温度成为规定的范围内的方式进行控制。本实施方式特有的燃料管线l0与燃料加热装置23所具备的热交换器的旁通流路不同，该燃料管线l0是绕过燃料管线l1整体(燃料加热装置23以及各种阀类)并连接到歧管pp的流路。在燃料管线l0中流动的燃料并不处于由燃料加热装置23进行的温度控制的影响下，不会被加热而成为高温。因此，在燃料管线l0中流动的燃料的密度比在燃料管线l1中流动的燃料气体的密度大。

接下来，一边参照图1一边使用图2～图4对一般的负载切断时的燃料供给控制的一例进行说明。一般的燃气轮机不具备燃料管线l0。

图2是对负载切断时的一般的燃料供给的控制方法进行说明的第一图。

图2是示出伴随着负载切断后的时间的经过的、全燃料流量指令值(cso：controlsignaloutput)的推移的一例的曲线图。如图所示，当在时刻t0发生负载切断时，控制装置100使cso的值瞬间降低以抑制燃气轮机10的转速的上升。之后，控制装置100调整cso，以使转速成为规定的目标值(例如，与额定运转时相同程度的转速)。

图3是对负载切断时的一般的燃料供给的控制方法进行说明的第二图。

图3示出图2所示的cso的详情的一例。曲线图ma表示向主a系统f3供给的燃料的比例。曲线图mb表示向主b系统f4供给的燃料的比例。曲线图pp表示向预混先导系统f1供给的燃料的比例。曲线图tha表示向顶帽系统f5供给的燃料的比例。扩散先导系统f2在启动时等使用，在运转中不被供给燃料。如图所示，当在时刻t0发生负载切断时，控制装置100使主b系统f4的燃料流量调节阀v4、以及顶帽系统f5的燃料流量调节阀v5全闭。缩小主a系统f3的燃料流量调节阀v3的开度(曲线图ma)，并使预混先导系统f1的燃料流量调节阀v1全开(曲线图pp)。由此，使向燃烧器13供给的燃料供给量降低以抑制转速，并且使预混先导系统f1的燃料增加，从而维持燃烧器13的火种。

在此，对a系统f3的燃空比与预混先导系统f1的燃空比与失火的关系进行说明。

图4是对负载切断时的一般的燃料供给的控制方法进行说明的第三图。

图4的曲线图c1以及曲线图c2示出了在负载切断后，预混先导系统f1的燃料喷嘴n1喷出的燃料气体的燃空比(预混先导燃空比)、与主a系统f3的燃料喷嘴n3喷出的燃料气体的燃空比(主a燃空比)的关系。

曲线图cri表示作为预混先导系统f1中的火焰是否失火的阈值的值(燃空比标准)。当预混先导燃空比在至少某一点成为燃空比标准以上时，能够防止燃料喷嘴n1中的失火。

如上所述，当发生负载切断时，使从主b系统f4、扩散先导系统f2以及顶帽系统f5供给的燃料为0，减少从主a系统f3供给的燃料，并使从预混先导系统f1供给的燃料增加，从而进行在抑制燃气轮机10的输出的同时实现燃烧器13的保焰的控制。

曲线图c1示出在负载切断后，预混先导燃空比上升并达到燃空比标准的情况。在负载切断后，只要能够在继续进行燃料供给的两个系统间实现曲线图c1所示那样的燃空比，则能够防止失火。另一方面，当从预混先导系统f1的燃料喷嘴n1供给的燃料不足，负载切断后的两个燃料系统间的燃空比的关系成为曲线图c2那样的关系时，曲线图c2的预混先导燃空比的值成为燃空比标准(曲线图cri)以下，因此在燃料喷嘴n1中发生失火的可能性变高。若发生失火，则无法实现负载切断后的运转。运转中的失火的有无例如能够根据火焰检测器、废气温度、叶片路径温度等来判定，但在预先的研究中，根据达成图4所例示的燃空比标准那样的预混先导燃空比与主a燃空比的关系，来计算燃料流量调节阀v1以及燃料流量调节阀v3的阀开度。控制装置100基于这样计算的阀开度来控制燃料流量调节阀v1以及燃料流量调节阀v3。

然而，例如，在压力供给系统17的燃料供给压并不充分的设备等情况下，即使按照使用上述那样的方法所计算的阀开度来控制负载切断后的燃料流量调节阀v1以及燃料流量调节阀v3的开度，也存在从燃料喷嘴n1供给的燃料不足，预混先导燃空比不会达到燃空比标准的可能性。

相对于此，在本实施方式中，采用将用于在负载切断后向预混先导系统f1供给足够量的燃料的燃料管线l0与燃料管线l1独立地设置的结构。控制装置100在通常的负载运转时(例如，负载为40％～100％)关闭燃料流量调节阀v0，不进行经由燃料管线l0的燃料供给。另一方面，当发生负载切断时，除了使燃料管线l1的燃料流量调节阀v1全开的控制以外，还将燃料管线l0的燃料流量调节阀v0打开。

这样的话，经由与燃料管线l1相比压力损失较少的燃料管线l0，将高密度的燃料以保持相对较高的供给压的状态向预混先导系统f1供给。由此，即使是压力供给系统17的燃料供给压力较低的设备，也能够确保应向预混先导系统f1供给的燃料供给量，从而能够避免失火。

控制装置100为了实现使预混先导燃空比与主a燃空比的关系成为图4的曲线图c1那样的关系的燃料流量，在负载切断后也调整燃料流量调节阀v0的开度。

在图4中，作为表示与预混先导燃空比相关的指标同与主a燃空比相关的指标的关系的曲线图而进行了例示，但图4的曲线图同样能够表示为预混先导系统f1的火焰温度的计算值与主a系统f3的火焰温度的计算值的关系。

接下来，对由控制装置100进行的负载切断时的控制进行说明。

图5是示出本发明的第一实施方式中的控制装置的一例的框图。

如图所示，控制装置100具备负载切断检测部101、燃料控制部102、预混旁通阀控制部103、计时器104、以及存储部105。

负载切断检测部101检测负载切断。例如，负载切断检测部101取得在燃气轮机10的运转中切断负载的负载切断信号。

燃料控制部102控制经由燃料管线l1从燃料喷嘴n1～n5喷射的燃料的供给量。例如，在负载切断检测部101检测到负载切断时，燃料控制部102以使从燃料喷嘴n1～n5喷射的燃料的供给量成为规定的供给量以下的方式进行控制，以使得燃气轮机10的转速成为规定的阈值以下。例如，在发生负载切断时，燃料控制部102进行以下控制：使燃料流量调节阀v2、v4、v5全闭，使燃料流量调节阀v3的开度与通常的负载运转时相比缩小，使燃料流量调节阀v1在规定的时间内全开。

预混旁通阀控制部103对燃料管线l0的燃料流量调节阀v0进行控制。具体而言，预混旁通阀控制部103在通常的负载运转时使燃料流量调节阀v0全闭。在负载切断检测部101检测到负载切断时，预混旁通阀控制部103将燃料流量调节阀v0从关闭状态控制为打开状态，并对燃料流量调节阀v0的开度进行控制，以使得燃烧器13中的来自燃料喷嘴n1的预混燃料气体的燃空比成为能够避免发生失火的规定的燃空比(燃空比标准)以上。

计时器104对时间进行测量。

存储部105对负载切断后的燃料流量调节阀v0～v5的开度的计算所需的函数等各种信息进行存储。

控制装置100具备与燃气轮机10以及蒸汽轮机20的控制相关的各种功能，但省略对与本实施方式无关的功能的说明。

图6是对本发明的第一实施方式中的向预混先导系统供给的燃料的控制方法进行说明的图。

计时器104测量负载切断后的经过时间，并将其向燃料控制部102、预混旁通阀控制部103输出。燃料控制部102基于负载切断后的目标负载等计算cso。

燃料控制部102例如具有确定与负载切断后的经过时间相应的燃料流量调节阀v1的阀开度的函数fx102，燃料控制部102基于从计时器104取得的负载切断后的经过时间和函数fx102，计算燃料流量调节阀v1的开度。燃料控制部102输出与计算出的燃料流量调节阀v1的开度对应的阀开度指令值。函数fx102例如输出表示以下情况的开度：使燃料流量调节阀v1全开负载切断后0～1秒间的规定的值(例如，0.5秒)，之后，使燃料流量调节阀v1全闭。在负载切断后，仅在规定的期间使燃料流量调节阀v1全开是为了，在为了燃烧器13的保焰而需要向预混先导系统f1的燃料喷嘴n1供给足够的燃料时，补偿打开燃料流量调节阀v0至实现所需的燃料流量为止的延迟。燃料控制部102使燃料流量调节阀v1全开，以能够确保在负载切断时从燃料喷嘴n1供给的燃料供给量。

预混旁通阀控制部103例如具有计算变化指标的函数fx103，该变化指标表示与负载切断后的经过时间相应的燃料供给量的所需量的变动，预混旁通阀控制部103基于从计时器104取得的负载切断后的经过时间和函数fx103，计算与经过时间相应的燃料流量的变化指标α。预混旁通阀控制部103计算将预混先导比率乘以燃料控制部102计算出的表示负载切断后所需的全燃料流量的cso而得到的燃料流量指令值β。

在此，预混先导比率是表示在负载切断后将全燃料流量中的多少比例分配给预混先导系统f1的值。同样地，确定表示在负载切断后将全燃料流量中的多少比例分配给主a系统f3的主比率。上述的值基于图4的燃空比标准而确定。

预混旁通阀控制部103将表示燃料流量的经时的变化的变化指标α与燃料流量指令值β相乘，计算与对应于负载切断后的经过时间且通过燃料流量调节阀v0供给的燃料供给量对应的燃料流量指令值γ。预混旁通阀控制部103输出与计算出的燃料流量指令值γ对应的阀开度指令值。

燃料控制部102基于负载切断后的经过时间、函数fx103、cso以及主比率，计算负载切断后的来自主a系统f3的燃料供给量。

实现这样计算出的来自预混先导系统f1的燃料供给量以及来自主a系统f3的燃料供给量时的、预混先导燃空比和主a燃空比以满足图4的燃空比标准方式设计。

图7是示出本发明的第一实施方式中的控制的一例的流程图。

使用图7的流程图对本实施方式中的针对负载切断时的预混先导系统f1的燃料供给控制的流程进行说明。

首先，在通常的负载运转时，燃料控制部102使燃料流量调节阀v0、燃料流量调节阀v2(扩散先导)关闭，并基于cso和向各燃料系统分配燃料的分配比将燃料流量调节阀v1(预混先导)、v3(主a)、v4(主b)、v5(顶帽)控制为期望的开度(例如，比图3的t0靠前的时刻)。在此，设为发电设备1中发生了负载切断。于是，负载切断检测部101取得负载切断信号，检测到负载切断(步骤s11)。负载切断检测部101向燃料控制部102以及预混旁通阀控制部103通知负载切断的发生，并进行指示以使得进行负载切断时的燃料供给控制。于是，燃料控制部102计算燃料流量调节阀v1的负载切断后的初始开度。预混旁通阀控制部103计算燃料流量调节阀v0的负载切断后的初始开度(步骤s12)。例如，燃料控制部102将燃料流量调节阀v1的开度计算为100％。预混旁通阀控制部103如在图6中所说明的那样，基于cso、向预混先导系统f1分配的分配比、函数fx102以及经过时间来计算燃料流量调节阀v0的开度。

接下来，燃料控制部102将在步骤s12中计算出的阀开度指令值(初始开度)向燃料流量调节阀v1输出。预混旁通阀控制部103将计算出的阀开度指令值(初始开度)向燃料流量调节阀v0输出(步骤s13)。由此，通过燃料流量调节阀v0供给期望的流量的相对高密度的燃料。将燃料流量调节阀v0从全闭打开至规定的开度，到供给燃料为止会发生延迟，但通过使燃料流量调节阀v1全开，从而补充在此期间朝向预混先导系统f1的燃料供给。通过上述的控制，能够防止预混先导系统f1的失火。

对于预混先导系统f1以外的燃料系统，燃料控制部102以基于将向主a系统f3分配的分配比乘以cso而得到的值的开度打开燃料流量调节阀v3，并将燃料流量调节阀v2、v4、v5的开度控制为0％。

之后，燃料控制部102在基于计时器104测量的时间而等待从负载切断经过规定的时间(例如，0.5秒)(步骤s14)后，使燃料流量调节阀v1全闭(步骤s15)。

另一方面，预混旁通阀控制部103根据计时器104测量的负载切断后的经过时间对燃料流量调节阀v0的开度进行控制，以使得从预混先导系统f1喷射的燃料的燃空比成为能够避免失火发生的燃空比标准以上(步骤s16)。燃料流量调节阀v0的开度的计算方法如图6中所说明的那样。预混旁通阀控制部103在负载切断后直至例如经过规定的时间为止，继续进行步骤s16的控制。

同样地，燃料控制部102对燃料流量调节阀v3的开度调节，以使得从主a系统f3喷射的燃料的燃空比与从预混先导系统f1喷射的燃料的燃空比的关系成为能够避免失火的发生的关系。燃料控制部102在负载切断后直至例如经过规定的时间为止，继续进行燃料流量调节阀v3的开度控制。

图8是示出本发明的第一实施方式中的燃料调节阀的开度控制的一例的第一图。在图8中，示出基于上述的步骤s12～s13、步骤s16的处理的燃料流量调节阀v0的开度的推移。当在时刻t0发生负载切断时，为了防止由于燃料供给量的迅速降低而引起的失火，如图6中所说明的那样对燃料流量调节阀v0的开度进行控制。由于从燃料流量调节阀v0以压力损失较少的状态供给密度较高的燃料，因此与经由燃料流量调节阀v1供给加热后的燃料的情况相比，能够供给更多的燃料。在负载切断后，需要在尽可能早的时机向燃料喷嘴n1供给燃料，因此如使用图1所说明的那样，料流量调节阀v0优选设置于接近预混先导用歧管pp的位置。

图9是示出本发明的第一实施方式中的燃料调节阀的开度控制的一例的第二图。在图9中，示出基于上述的步骤s12～s15的处理的燃料流量调节阀v1的开度的推移。如上所述，在经由燃料流量调节阀v0的燃料供给稳定为止的期间，使燃料流量调节阀v1全开，补充从预混先导系统f1供给的燃料流量。

图10是对本发明的第一实施方式中的控制的效果进行说明的图。

在图10中示出本实施方式的控制的应用前后的从预混先导系统f1供给的燃料流量的变化。

图10的曲线图的纵轴表示燃料流量，横轴表示时间。曲线图pp1表示追加了经由本实施方式的燃料管线l0的朝向预混先导系统f1的燃料供给的情况下的燃料流量。曲线图pp2表示未进行经由燃料管线l0的朝向预混先导系统f1的燃料供给的以往的控制中的燃料流量。如图10所示，可知在时刻t0发生了负载切断后，本实施方式的曲线图pp1所示的燃料流量超过以往的控制中的曲线图pp2所示的燃料流量。

根据本实施方式的燃料管线l0，(1)能够将燃料加热前的温度较低的燃料(2)以不减少压力损失的方式向预混先导系统f1供给。即，通过燃料管线l0，能够将(1)密度较高的燃料以(2)较高的供给压的状态投入。因此，若经由燃料管线l0，则能够供给燃料管线l1以上的燃料。因此，根据本实施方式的控制方法，通过在刚刚发生负载切断后追加来自燃料管线l0且朝向预混先导系统f1的燃料供给，从而能够防止负载切断后的燃料流量的减少，以确保所需的燃料。另外，能够使成为火种的预混先导系统f1的火焰稳定，从而防止失火。由此，例如，即使在压力供给系统17的燃料供给压力较低的情况下，也能够抑制负载切断时的失火，使负载切断后的运转成功。

(第二实施方式)

以下，参照图11～图12对本发明的第二实施方式中的负载切断时的控制方法进行说明。

图11是示出本发明的第二实施方式中的控制装置的一例的框图。

对本发明的第二实施方式的结构中的与第一实施方式的发电设备1的结构相同的结构标注相同的附图标记，并省略各自的说明。第二实施方式的控制装置100a除了第一实施方式的结构以外还具备校正系数计算部106。控制装置100a具备预混旁通阀控制部103a来代替预混旁通阀控制部103。

校正系数计算部106计算用于根据大气温度、大气压力、相对湿度等表示燃气轮机吸入的空气的状态的环境条件来校正预混旁通阀控制部103a计算的燃料流量调节阀v0的阀开度的校正系数。校正系数计算部106根据燃料热量、燃料密度等表示燃料的性质的燃料条件来校正燃料流量调节阀v0的阀开度。预混旁通阀控制部103a将校正系数乘以使用第一实施方式的方法计算的燃料流量调节阀v0的阀开度，从而计算校正后的阀开度。校正系数计算部106具有确定与环境条件、燃料条件相应的校正系数的表格(例如，后述的fx1061～fx1064)。

图12是对本发明的第一实施方式中的向预混先导系统供给的燃料的控制方法进行说明的图。

首先，对与环境条件中影响特别大的大气温度相关的校正系数的计算进行说明。向压缩机11流入的空气的质量流量由于大气温度而发生变化。例如，当大气温度上升时，空气的密度降低，向压缩机11流入的空气的质量流量减少。若空气的质量流量减少，则即使流入相同体积的空气，向燃烧器13供给的空气的量也会减少，从而对燃空比、火焰温度产生影响。另一方面，当大气温度降低时，空气的密度变高，压缩机11吸入的空气的质量流量增加。若空气的质量流量增加，燃空比(fuel/air)降低，火焰温度下降。因此，在本实施方式中，能够为了对上述情况进行补偿而根据大气温度校正燃料流量调节阀v0的阀开度，从而实现适当的燃空比。

校正系数计算部106例如从设置于压缩机11的入口侧的温度传感器(未图示)取得空气入口系统18附近的大气温度。校正系数计算部106根据校正系数表fx1061计算与取得的大气温度对应的阀开度的校正系数k1。校正系数表fx1061的横轴是大气温度，纵轴是阀开度的校正系数。若大气温度较高则向压缩机11流入的空气的密度降低，因此需要与其对应地使燃料流量也降低。因此，如图所示，在校正系数表fx1061中设定为，大气温度越高，则校正系数k1的值成为越小的值。校正系数计算部106将与大气温度对应的校正系数k1向预混旁通阀控制部103a输出。

预混旁通阀控制部103a从计时器104取得负载切断后的经过时间，并使用函数fx103计算与负载切断后的经过时间相应的燃料流量的经时的变化指标α。预混旁通阀控制部103a将校正系数k1乘以变化指标α从而计算变化指标α1。

同样地，校正系数计算部106也可以计算与大气压力、燃料密度、燃料热量相应的校正系数。例如，在大气压力的情况下，如校正系数表fx1062所示，校正系数(纵轴)被设定为与大气压力(横轴)具有正相关。校正系数计算部106根据校正系数表fx1062计算与大气压力对应的阀开度的校正系数k2。校正系数计算部106将校正系数k2向预混旁通阀控制部103a输出。预混旁通阀控制部103a将校正系数k2乘以变化指标α1以计算变化指标α2。

对于燃料热量，如校正系数表fx1063所示，校正系数(纵轴)被设定为与燃料热量(横轴)具有负相关。校正系数计算部106根据校正系数表fx1063计算与燃料热量对应的阀开度的校正系数k3。预混旁通阀控制部103a将校正系数k3乘以变化指标α2以计算变化指标α3。

对于燃料密度，如校正系数表fx1064所示，校正系数(纵轴)被设定为与燃料密度(横轴)具有负相关。校正系数计算部106根据校正系数表fx1064计算与燃料密度对应的阀开度的校正系数k4。预混旁通阀控制部103a将校正系数k4乘以变化指标α3以计算变化指标α4。

预混旁通阀控制部103a将变化指标α4与燃料流量指令值β相乘，计算与负载切断后的经过时间相应的燃料流量指令值γ′。预混旁通阀控制部103a输出与计算出的燃料流量指令值γ′对应的针对燃料流量调节阀v0的阀开度指令值。

在图12中，以基于上述的四个参数计算相对于燃料流量调节阀v0的校正系数的情况为例进行了说明，但并不限定于此。例如，校正系数计算部106还可以计算与大气湿度相应的校正系数。并不限定于针对上述的所有参数计算校正系数的实施方式，也可以构成为，校正系数计算部106计算针对大气温度、大气压力、大气湿度、燃料密度、燃料热量等中的一个或多个任意的参数的校正系数，预混旁通阀控制部103a将这些校正系数乘以变化指标α以计算燃料流量调节阀v0的阀开度指令值。燃料控制部102也可以乘以校正系数计算部106计算出的校正系数，以计算主a系统f3的燃料流量调节阀v3的阀开度。

接下来，参照图7对二实施方式中的针对负载切断时的预混先导系统f1的燃料供给控制的流程进行说明。在本实施方式中，在步骤s12、步骤s16的处理中，进行使用图12说明过的与大气温度等相应的燃料流量调节阀v0的阀开度指令值的校正。关于整体的处理的流程、其他步骤中的处理则与第一实施方式相同。

根据本实施方式，能够计算与大气温度、大气压力、燃料热量等相应的燃料流量调节阀v0的阀开度。由此，能够适当地应对负载切断时的各种环境条件、燃料条件，从而更可靠地防止失火。

(第三实施方式)

以下，参照图13～图15对本发明的第三实施方式中的燃气轮机燃烧控制装置进行说明。第三实施方式能够与第一实施方式～第二实施方式中的任一方式进行组合，但以与第一实施方式进行组合的情况为例进行说明。

图13是示出本发明的第三实施方式中的控制装置的一例的框图。对本发明的第三实施方式的结构中的与第一实施方式、第二实施方式的发电设备1的结构相同的结构标注相同的附图标记，并省略各自的说明。第三实施方式的控制装置100b除了第一实施方式的结构以外还具备学习部107。控制装置100b具备预混旁通阀控制部103b来代替预混旁通阀控制部103。

学习部107具有配合燃气轮机10的实际的动作来调整预混旁通阀控制部103b计算的燃料流量调节阀v0的阀开度的功能。例如，学习部107基于每次发生负载切断时实际的预混先导燃空比和主a燃空比的关系、与图4所例示的燃空比标准的偏差，来学习调整系数k(t)(学习功能107b)。学习部107在下一次发生负载切断时，将学习到的调整系数k(t)向预混旁通阀控制部103b输出(调整功能107a)。

预混旁通阀控制部103b将调整系数k(t)乘以使用第一实施方式的方法计算的阀开度，以计算调整后的阀开度。

图14是对本发明的第三实施方式中的向预混先导系统供给的燃料的控制方法进行说明的图。

(学习功能)

对学习部107的学习功能107b进行说明。学习部107在每次发生负载切断时，计算预混先导燃空比、以及主a的燃空比。例如，学习部107根据燃料喷嘴n1的上游侧的压力传感器和下游侧的压力传感器的测量值，计算朝向燃料喷嘴n1的燃料流量。例如，学习部107基于igv15的开度、大气温度、大气压等计算朝向燃料喷嘴n1的空气流量。学习部107使朝向燃料喷嘴n1的燃料流量除以朝向燃料喷嘴n1的空气流量，以计算与燃料喷嘴n1对应的燃空比(预混先导燃空比)。

同样地，学习部107例如根据燃料喷嘴n3的上游侧和下游侧的压力传感器的测量值计算朝向燃料喷嘴n3的燃料流量，并基于igv15的开度等计算朝向燃料喷嘴n3的空气流量。学习部107将朝向燃料喷嘴n3的燃料流量除以朝向燃料喷嘴n3的空气流量，以计算与燃料喷嘴n3对应的燃空比(主a燃空比)。学习部107将实际的主a燃空比与预混先导燃空比的关系记录于存储部105(图14的曲线图c3)。

然后，学习部107将曲线图c3与预先准备的燃空比标准cri进行比较，在预混先导燃空比未达到燃空比标准cri的情况下，计算该偏差。学习部107每隔负载切断后的经过时间计算偏差δc，并以与经过时间建立对应关系的方式将偏差δc记录于存储部105。

学习部107例如通过以下的式(1)来学习各时刻中的调整系数。

k(t)new＝k(t)now+k×(实际的预混先导燃空比(t)-目标预混先导燃空比(t))···(1)

在此，t是从负载切断起的经过时间，k(t)new是学习后的经过时间t处的新的调整系数，k(t)now是经过时间t处的学习前的最新的调整系数，k是确定学习的效果的规定的定数，实际的预混先导燃空比(t)是时间t处的通过上述顺序计算出的预混先导燃空比，目标预混先导燃空比(t)是实际的预混先导燃空比(t)和与实际的主a燃空比(t)对应的燃空比标准cri的预混先导燃空比的值(具有与实际的主a燃空比(t)相同的x轴方向的值的位置处的曲线图cri的y轴的值)。

这样，通过学习调整系数k(t)，能够得到用于保持达到燃空比标准的预混先导燃空比的调整系数。当发生负载切断时，学习部107更新k(t)的值。

(调整功能)

对学习部107的调整功能107a进行说明。当接下来发生负载切断时，学习部107参照存储部105，基于计时器104测量的经过时间，读出并取得根据学习的结果得到的最新的调整系数k(t)。学习部107将取得的调整系数k(t)向预混旁通阀控制部103b输出。

预混旁通阀控制部103b取得负载切断后的经过时间，并使用函数fx103计算与负载切断后的经过时间相应的燃料流量的变化指标α。预混旁通阀控制部103b将每个经过时间的调整系数k(t)乘以变化指标α以计算变化指标α″。预混旁通阀控制部103b将变化指标α″与燃料流量指令值β相乘，以计算与负载切断后的经过时间相应的燃料流量指令值γ″。预混旁通阀控制部103b输出与计算的燃料流量指令值γ″对应的针对燃料流量调节阀v0的阀开度指令值。

预混旁通阀控制部103b还乘以与第二实施方式的校正系数计算部106计算出的大气温度、大气压力、大气湿度、燃料密度、燃料热量等相应的校正系数，从而能够以配合环境条件、燃料条件的方式对针对燃料流量调节阀v0的阀开度指令值进行校正。

接下来，参照图7对第三实施方式中的针对负载切断时的预混先导系统f1的燃料供给控制的流程进行说明。在本实施方式中，在步骤s12、步骤s16的处理中，进行使用图14说明过的基于调整系数的燃料流量调节阀v0的阀开度指令值的校正。对于整体的处理的流程、其他步骤中的处理则与第一实施方式相同。接下来，对学习功能107b的处理流程进行说明。

图15是示出本发明的第三实施方式中的阀开度调整系数的学习处理的一例的流程图。

首先，设为在发电设备1中发生了负载切断。于是，负载切断检测部101检测到负载切断(步骤s21)。于是，预混旁通阀控制部103b开始在图6中说明过的燃料流量调节阀v0的控制。于是，学习部107每隔规定的时间计算预混先导燃空比、主a燃空比，并将其记录于存储部105(步骤s22)。步骤s22的处理与步骤s12、步骤s16的处理并行进行。在这之后的处理与步骤s12、步骤s16的处理并行进行，或在负载切断时的运转后进行。

接下来，学习部107计算记录于存储部105的燃空比标准所示的预混先导比的目标值、与在步骤s22中记录的每个负载切断后的经过时间的预混先导比的偏差δc(步骤s23)。接下来，学习部107通过上述的式(1)更新调整系数k(t)(步骤s24)。

对于式(1)，实际的预混先导燃空比与目标预混先导燃空比的偏差δc也可以是实际的预混先导火焰温度的计算值与目标预混先导火焰温度的计算值的偏差。或者，实际的预混先导燃空比与目标预混先导燃空比的偏差δc也可以是，基于实际的预混先导燃空比以及实际的机室12的温度的值(例如，采用预混先导燃空比和机室12的温度作为输入值的函数的输出值)与其目标值的偏差。

根据本实施方式，在每次实施负载切断时，能够学习用于实现更佳的燃料流量调节阀v0的阀开度的调整系数，从而能够降低失火的可能性。例如，通过学习反映了发电设备1的经年变化、运转环境以及负载条件等设备的特性的调整系数，能够在避免失火的同时更适当地控制负载切断后的运转。

在上述的第一实施方式～第三实施方式中，列举了在负载切断时进行通过燃料管线l0以及燃料管线l1的朝向预混先导系统f1的燃料的供给的情况，但各实施方式的适用目标并不限定于负载切断。例如，能够将使负载迅速降低的运用与使燃料的供给量降低的控制组合使用。使负载迅速降低例如是指，燃气轮机10的负载降低速度比100％每分钟高速的情况。

图16是示出本发明的各实施方式中的控制装置的硬件结构的一例的图。

计算机900是具备cpu901、主存储装置902、辅助存储装置903、输入输出接口904、通信接口905的例如pc(personalcomputer)、服务器终端装置。上述的控制装置100、100a、100b安装于计算机900。并且，上述的各处理部的动作以程序的形式存储于辅助存储装置903。cpu901从辅助存储装置903读出程序并将其在主存储装置902中展开，按照该程序执行上述处理。cpu901按照程序，在主存储装置902中确保与存储部105对应的存储区域。cpu901按照程序，在辅助存储装置903中确保存储处理中的数据的存储区域。

在至少一个实施方式中，辅助存储装置903是非临时的有形的介质的一例。作为非临时的有形的介质的其他例子，可以举出经由输入输出接口904连接的磁盘、磁光盘、cd-rom、dvd-rom、半导体存储器等。在通过通信线路向计算机900分发该程序的情况下，接受了分发的计算机900也可以将该程序在主存储装置902中展开，并执行上述处理。该程序也可以用于实现所述功能的一部分。并且，该程序也可以通过与已存储于辅助存储装置903的其他程序的组合来实现前述的功能，即也可以是所谓的差分文件(差分程序)。

上述负载切断检测部101、燃料控制部102、预混旁通阀控制部103、103a、103b、计时器104、存储部105、校正系数计算部106、以及学习部107的全部或一部分也能够使用微型计算机、lsi(largescaleintegration)、asic(applicationspecificintegratedcircuit)、pld(programmablelogicdevice)、fpga(field-programmablegatearray)等硬件来实现。

此外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内，适当地将上述实施方式中的构成要素置换为公知的构成要素。本发明的技术范围不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。

第一喷嘴是燃料喷嘴n1的一例，第二喷嘴是燃料喷嘴n3的一例，燃料管线l1是燃料供给流路的一例，燃料管线l0是旁通流路的一例，燃料流量调节阀v0是旁通燃料流量调节阀的一例，燃料流量调节阀v1是第一燃料流量调节阀的一例，燃空比标准是表示发生失火的所述第一喷嘴的燃空比和所述第二喷嘴的燃空比的关系的信息的一例。管线l3是排液的排出流路的一例。燃料供给系统构成为包括控制装置100、燃料管线l0、燃料管线l1、燃料系统f1～f5。

工业实用性

根据上述的燃料供给系统、燃气轮机、发电设备、控制方法以及程序，即使在使燃气轮机的负载迅速降低时使燃料供给量降低的情况下，也能够确保所需的燃料供给量，并防止失火。

附图标记说明：

1...燃气轮机联合循环发电设备；

100、100a、100b...控制装置；

101...负载切断检测部；

102...燃料控制部；

103、103a、103b...预混旁通阀控制部；

104...计时器；

105...存储部；

106...校正系数计算部；

107...学习部；

10...燃气轮机；

11...压缩机；

12...机室；

13...燃烧器；

14...涡轮；

15...igv；

16...转子；

17...压力供给系统；

18...空气入口系统；

20...蒸汽轮机；

21...废热回收锅炉；

22...涡轮；

23...燃料加热装置；

40...发电机；

p3...燃料箱；

l0、l1...燃料管线；

l3...管线；

v6...切断阀；

p0...排液排出口；

p1...排液接受口；

p2...切断阀出口；

v7...压力调节阀；

v8...压力调节阀；

v9...安全阀；

v10...安全阀；

fl0、fl1...过滤器；

f1...预混先导系统；

f2...扩散先导系统；

f3...主a系统；

f4...主b系统；

f5...顶帽系统；

pp...预混先导用歧管；

dp...扩散先导用歧管；

ma...主a用歧管；

mb...主b用歧管；

tha...顶帽用歧管；

v0、v1、v2、v3、v4、v5...燃料流量调节阀；

n1、n2、n3、n4、n5...燃料喷嘴；

900...计算机；

901...cpu；

902...主存储装置；

903...辅助存储装置；

904...输入输出接口；

905...通信接口。