燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种向燃烧器供应燃气、令其燃烧的燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法。
【背景技术】
[0002]燃气轮机具有压缩机、燃烧器和涡轮机，在燃烧器中令燃气和被压缩机压缩的空气燃烧，将产生的燃气供应给涡轮机，令涡轮机旋转。燃气轮机为了提高输出和效率，人们希望其能够使涡轮机入口的燃气温度在许可范围内尽可能高一些，而运转。为此，有如此方法:在涡轮机入口的燃气温度为固定的情况下，利用从涡轮机排出的排气的温度，同从压缩机排出的空气的压力之间的关系，控制供应给燃烧器的燃气的流量，从而将燃气温度设为指定值，以下将该控制方式称为“温度调节控制”。具体而言，涡轮机入口的燃气由于经过涡轮机而绝热膨胀，并且同来自于涡轮叶片等的冷却空气混合，从而从涡轮机入口温度降低到排气温度。即，在被赋予了某个涡轮机入口温度的时候，决定排气温度的主要参数为以下五点:确定由绝热膨胀产生的燃气的温度降低量的涡轮机膨胀比、涡轮机效率与燃气的比热比、以及确定由冷却空气的混合而产生的温度降低量的冷却空气量和冷却空气温度。从广义上讲，涡轮机效率、燃气的比热比、冷却空气量、冷却空气温度这四点如果不会因为燃气轮机的运转状态而发生太大变动，则某个涡轮机入口温度、某个涡轮机膨胀比下的排气温度会明确。反过来说，从涡轮机膨胀比和排气温度可以推算出涡轮机入口温度。上述温度调节控制中，控制燃料流量，从而使实际检测到的涡轮机膨胀比和排气温度，同指定的涡轮机膨胀比和排气温度的函数一致，通过这种方式燃气温度将会是指定值。另外，考虑到在实际的温度调节控制中，涡轮机的入口压力在除去燃烧器压力损失以外，跟压缩机排出空气压力相同，涡轮机的出口压力在除去排气压力损失以外，跟大气压相同即大概I气压，通常作为涡轮机膨胀比的代替品，也会使用上述压缩机排出空气压力。
[0003]然而，特别是在将高炉气体和煤炭气体作为燃料的燃气轮机中，燃气的组分会有很大的变化。在这种情况下，考虑到燃气的组分，我们希望对于温度调节控制中的涡轮机膨胀比和排气温度之间的函数进行修正。例如在专利文献I中公开了如下方法:其为检测燃气轮机压缩机的吐出空气压，及燃气轮机排气温度，依据这些检测值来控制燃气轮机燃料流量，从而控制燃烧温度的方法，在该燃气轮机燃烧温度控制方法中，检测出燃气轮机燃料的发热量，使用上述发热量检测值，算出对于燃气轮机压缩机的吐出空气压的排气温度特性的变化，根据上述算出值修正排气温度特性，将上述修正值和排气温度的实际检测值进行比较，且调节燃料流量，使上述比较中的差异变得极小。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开昭和63-183230公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]专利文献I所述的燃气轮机燃烧温度控制方法，其目的在于，使用燃气轮机燃料的发热量，对于排气温度特性进行修正并控制，从而即使燃气组分发生了变动，也能够进行温度调节控制，而使燃气的温度成为指定的温度。
[0009]然而，即使是在专利文献I所述的控制方法中，由于实际的燃气温度和设想的燃气温度有偏差，因此从结果而言会出现燃气轮机的输出和效率的低下的问题。更具体而言，可能会有例如燃气的发热量相同，但燃气的组分不同的情况。在这种情况下，即使燃气的发热量相同，但是因为燃气的组分不同，因此燃气的比热比也不同，结果会使排气温度也不同。因此，使用仅对于燃气发热量进行修正的排气温度特性控制燃料流量，则不能将燃烧气体温度控制在指定的温度。一般而言，若燃烧气体温度超出燃气轮机的最高许可温度，即过度燃烧的话，会缩短燃烧器和涡轮叶片的寿命，因此不是人们所希望的。此外，既然不能精确地控制燃烧气体温度，则必须将燃烧气体温度降低到最高许可温度以下，然后使燃气轮机运转，但通过这种方式会招致该运转的燃气轮机输出和效率低下的问题。
[0010]本发明是为了解决上述课题的发明，其目的在于提供一种能够控制燃气轮机的燃烧气体温度，从而降低发生过度燃烧的风险的燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法。
[0011]用于解决课题的方法
[0012]为达成上述目的，本发明的燃气轮机系统，其特征在于，具有:燃气轮机，其具有压缩机、燃烧器及涡轮机；燃料供应装置，其给所述燃烧器供应燃料；组分检测部，其检测所述燃料的组分；以及控制装置，其依据从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数，对从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的流量进行控制；所述控制装置从由所述组分检测部检测出来的所述燃料的组分中算出燃烧气体的比热比，依据算出的所述比热比修正所述函数，并且，依据所述修正的函数控制所述燃料的流量。
[0013]如上所述，确定排气温度的主要参数是涡轮机膨胀比、涡轮机效率、燃烧气体比热比、冷却空气量和冷却空气温度这五点。若改变涡轮机燃气的组分，则在这些参数中主要是燃烧气体比热比会发生变动，从而涡轮机膨胀比和排气温度之间的关系就偏离了基准的状态。因此，依据燃烧气体比热比，修正从压缩机朝向燃烧器排出的空气的空气压或涡轮机膨胀比，及通过涡轮机的排气的排气温度之间的函数，依据该修正结果，调整燃气的供应量，从而能够更加精确地控制燃烧器的燃烧气体温度。通过这种方式，能够控制燃气轮机的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险。此外，通过以高精确度控制燃烧器的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险，能够让燃烧器的燃烧气体温度达到更高的温度，从而可以更高效率地利用燃气轮机进行输出。
[0014]本发明的燃气轮机系统，其特征在于，所述控制装置依据所述燃料的组分与所述压缩机的吸气流量，算出所述燃烧气体的组分，并且依据所述燃烧气体中包含的各成分的比例与所述各成分的比热比，算出所述燃烧气体的比热比。
[0015]因此，考虑到燃烧器中的空燃比，可以算出更精确的燃气比热比。
[0016]本发明的燃气轮机系统，其特征在于，所述控制装置依据算出的所述燃烧气体的比热比与基准燃烧气体的比热比来算出偏压值，并且，依据在所述基准燃烧气体情况下的所述函数上加上算出的偏压值而得到的函数，控制供应给所述燃烧器的燃料的流量。
[0017]因此，不需要根据每个燃烧气体的比热比来设定函数，通过少许的储存容量和演算量，就能够得到修正后的函数。
[0018]另外，本发明为控制向燃气轮机的燃烧器供应燃料的燃料供应装置的控制装置，其特征在于，具有:组分信息获取部，其用于获取供应给所述燃烧器的燃料的组分信息；以及燃料供应装置控制部，其依据从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数，对从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的流量进行控制；所述燃料供应装置控制部从所述燃料的组分中算出燃烧气体的比热比，依据算出的所述比热比修正所述函数，并且依据所述修正的函数和运转信息控制所述燃料的流量。
[0019]因此，改变涡轮机燃气的组分，从而主要改变确定排气温度的主要参数之一的燃烧气体比热比，通过这种方式即使涡轮机膨胀比和排气温度之间的关系偏离了基准的状态，也能够根据偏差进行控制，从而能够以高精确度控制燃气轮机的燃烧气体温度。具体而言，依据燃烧气体比热比，修正从压缩机朝向燃烧器排出的空气的空气压或涡轮机膨胀比，及通过涡轮机的排气的排气温度之间的函数，依据该修正结果，调整燃气的供应量，从而能够更加精确地控制燃烧器的燃烧气体温度。通过这种方式，能够控制燃气轮机的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险。此外，通过以高精确度控制燃烧器的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险，能够让燃烧器的燃烧气体温度达到更高的温度，从而可以更高效率地利用燃气轮机进行输出。
[0020]另外，本发明的燃气轮机的运转方法，所述燃气轮机具有:燃气轮机，其具有压缩机、燃烧器及涡轮机；燃料供应装置，其给所述燃烧器供应燃料；以及组分检测部，其检测所述燃料的组分；其特征在于，具有如下步骤:由所述组分检测部检测出的所述燃料的组分，算出燃烧气体的比热比的步骤；依据预先设定的从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数算出的所述比热比，进行修正的步骤；以及依据所述修正函数，控制从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的步骤。
[0021]因此，改变涡轮机燃气的组分，从而主要改变确定排气温度的主要参数之一的燃烧气体比热比，通过这种方式即使涡轮机膨胀