气体发热量控制方法和气体发热量控制装置的制作方法

专利名称：气体发热量控制方法和气体发热量控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体发热量控制方法和气体发热量控制装置。更详细地说，涉及作为 燃烧设备的燃料的气体将像低发热量气体那样其发热量有变动的情况下能够抑制这 种发热量变动的气体发热量控制方法及其气体发热量控制装置。
背景技术：
在炼铁领域利用例如高炉法生产生铁的情况下，从高炉产生作为副产品气体的高 炉瓦斯(Blast Furnace Gas，以下简称BFG) 。 BFG的总发热量甚至达到使用的焦炭 的发热量的大约一半，因此为了降低炼铁成本，在炼铁厂内多方面使用BFG。 BFG的 组成是，二氧化碳(C02)10 18体积％ (以下简单表示为％), —氧化碳(CO)22 30 %,氮气(N2)52 60% ,氢气(H2)0.5 - 4% ,甲烷(CH4)0.5 ~ 3 %左右。
除此以外，BFG包含烟尘2-10g/Nm3,因此在用除尘器将其去除到0.01g/Nm3 左右之后，作为发热量为800kcal/Ni^左右的燃料气体使用于热风炉、炼焦炉、加热 炉、锅炉等。
近年来，在燃气轮机中也由于其技术的提高，能够燃烧低发热量气体，将BFG 作为燃气轮机燃料使用进行发电的事例在增加。在这里，将低发热量气体定义为其发 热量在约12MJ/Nm3以下的气体。低发热量气体不限于高炉瓦斯(BFG),还包含转 炉气体(LDG)等多种气体及其混合气体。
另一方面，近年来正在研究高炉法以外的新炼铁工艺(例如FINEX和COREX等 直接还原炼铁法)，能够适用于对这样的新工艺发生的副产品气体进行有效利用的燃 烧方式的开发研究有待进行。任何一种炼铁工艺发生的副产品气体都是低发热量气 体，其特性(气体组成和发热量)都因设备和操作内容而不同，即使是同一设备，特 性也会相应于各原料的特性和反应过程而时时刻刻发生变化，并不是一定的。
在这里，对于作为将这种低发热量气体作为燃气轮机的燃料气体使用的情况下的 最重要的特性发热量来说，例如各燃气轮机分别具有固有的发热量允许变动幅度的上 下限值。如果超过上限(例如平均发热量值的约+ 10% )，也就是发热量急剧变大的 情况下，有时候燃气轮机的燃烧器内的燃烧温度急剧上升到异常高温。由于这样的原 因燃烧部分、燃气轮机的定子叶片和转动叶片会受到损伤，可能造成使用寿命的缩短
和其他弊病，在这种情况下燃气轮机设备要实现经济、连续运行是困难的。而如果低 于下限(例如平均发热量值的约-10% )，则燃气轮机的输出不稳定，造成熄火跳闸。 在本说明书和权利要求书中，这种低发热量气体包含于燃料气体中。
发热量这样增减的发热量变动意味着涉及燃料气体的发热量的物性的变动，具体 地说，意味着单位体积的发热量(kcal/Nm3)、单位重量的发热量(MJ/kg)、沃伯指 数(Wobbe Index ) ( MJ/m3)等各种物性。在本说明书和权利要求书中该卡路里也称 为发热量，卡路里变动也称为发热量变动。
图11是表示已有的燃气轮机发电设备的概略情况的配管图。图示的已有技术是 形成使发热量变动的燃料气体的发热量增加或减少的结构的例子。如图所示，将燃料 气体发生装置(例如高炉)100中发生的BFG作为燃料气体提供给燃气轮机101 (或 火力锅炉等燃烧装置)时，为了将其发热量维持于所期望的值(作为设计的前提条件 的平均值、变动幅度、变化速度)，用混合器102混入减少发热量气体和增加发热量 气体。作为这种气体混合方法，在燃料气体供给通路103的上游侧和下游侧分别设置 发热量计量器104、 105,用发热量计量器104的检测信号进行前馈控制，用发热量计 量器105的检测信号进行反馈控制。这些信号被输入与预先相应于燃气轮机101设定 的规定的设定值107进行比较的控制器106。然后，规定的控制信号从该控制器106 通过分配器115输出到减少发热量用流量调整阀108或增加发热量用流量调整阀113, 从减少发热量气体供给器109通过供给配管110将减少发热量气体提供给混合器102, 从增加发热量气体供给器114通过供给配管IIO将增加发热量气体提供给混合器102。 还有，lll是气体压缩机，112是发电机。
图12是表示图11的燃气轮机发电设备的各测量点上的燃料气体发热量变动的一 个例子的曲线图。横轴表示时间(秒)，纵轴表示燃料气体的发热量(MJ/kg)。图 示的二点锁线表示低发热量气体供给通路103的燃料气体的发热量变动，实线表示作 为用已有的技术进行控制的情况下的模拟结果的，混合器102的出口的发热量变动。
如图所示，由燃料气体发生装置IOO提供的燃料气体的发热量如图中二点锁线所 示，随时间有不规则的大变动。而且对该最初变动即使是进行前馈控制或反馈控制， 在该例的情况下，控制系统面对过大的包含短周期和中周期的燃料气体变动，控制系 统变得不稳定，控制系统的参数难于设定，其结果是，情况的经过如图中的实线那样， 响应接近振荡状态。在该图中表示出对发热量变动的低发热量气体进行前馈控制和反 馈控制发生振荡的例子，不是能够作为燃气轮机(燃烧设备)的燃料气体使用的气体。
作为这种已有技术，有例如专利文献1记载的燃料气体发热量控制装置。在这种 控制装置中，假如是在低发热量气体的发热量平均值、变动幅度、变化速度上有变化 的情况下提供，为了抑制这种变动，必须在发热量有变动的气体到达混合器的瞬间选
择能够使该发热量值为平均值的气体的种类，并且选择适当的混合量进行混合。也就 是说，如果发热量值在平均值以上，就混合使其为平均值所需要的量的能够使发热量 减少的气体，如果发热量值在平均值以下，为了使其为平均值就必须混合能够使发热 量增加的气体。
但是，操作端只是混合气体调整阀，因此如果气体混合动作的时刻有偏差，就会 发生过度或不足，难于正确抑制发热量变动，不能够使发热量值均勻化到燃烧设备所 需要的水平。因此如果残留的发热量值高于燃烧设备的允许界限，则为了防止燃烧设 备受到损伤，就要紧急停止运行，将低发热量气体排放到大气中，相反，如果低于运 行界限，则有时候燃烧设备会发生熄火跳闸。而如果发热量变动速度太快，则气体混 合时刻更加不容易对准，只用混合器和混合气体调整阆难于进行可靠的控制。
又，如果发热量变动是短周期的变动而且变动幅度大，则混合气体调整阀反复进 行冲程动作，因此有损伤阀门和缩短寿命的可能。
而且如果发热量变动幅度过大，调整阀进行大的冲程动作使气体混合，则引起气 体压縮机、入口压力的变动，其结果是，对燃气轮机的燃料供给系统造成很大干扰， 导致燃气轮机的运行不稳定。
而且，在发热量变动大的燃料气体中混合比重不同的氮气或炼焦炉气等不同的气 体时，大量的气体的混合是有困难的，而且混合量的变化幅度大，因此在混合后立即 在短时间内使气体充分均匀化并提供给燃烧设备是困难的，这些氮气和炼焦炉气体等 混合不均匀地存在，在燃烧气体的燃烧室内发生燃烧不均勻，稳定运行难于实现。因 此发热量变动大的低发热量气体等作为燃烧气体使用是困难的。
专利文献I:日本特开2004 - 190632号公报

发明内容
另一方面，能够将如上所述发热量不断地不规则变化的低发热量气体等作为燃气 轮机发电设备等燃烧设备的燃料气体高效率稳定地连续使用的技术的开发研究从能 量的有效利用、环保、降低操作成本等考虑越来越受到重视。
但是，为了将经常有不规则的发热量变动的低发热量气体等燃料气体稳定地使用 于燃烧设备，必须将发热量变动幅度抑制在燃烧设备的燃料气体的运行范围内，但是 缺少实现这样的抑制的有效方法。
本发明是为解决这样的存在问题而作出的，其目的在于，提供通过对作为燃料气 体提供给燃烧设备的低发热量气体等的发热量变动进行抑制，能够将低发热量气体等 作为发热量稳定的燃料气体提供的气体发热量控制方法及其气体发热量控制装置。
为了实现上述目的，本发明的气体发热量控制方法，将提供给燃烧设备的燃料气
体在分别形成气体入口和气体出口的容器内进行时间差混合，以此抑制该燃料气体的 发热量变动，测定抑制了该发热量变动后的燃料气体的发热量变动，使所述燃料气体 减少发热量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的 允许范围内。
如果采用这种方法，则从气体入口提供给容器内的燃料气体，作为时时刻刻提供 的燃料用的气体暂时贮存在容器内，在其中实现时间差混合，从另外形成的气体出口 排出。因此即使是在燃料气体的发热量有变动的情况下，也能够利用时间差混合抑制 其发热量变动的幅度，而且能够缓和发热量变动速度。这样，对于该发热量变动得到 抑制的燃料气体，能够使其减少发热量或增加发热量，将气体发热量调整在燃烧设备 的允许范围内，因此能够容易地调整发热量变动。还有，上述所谓时间差混合，是指 连续在时间上延迟流入容器内的燃料气体与已经流入而且滞留着的燃料气体的混合。
又可以在所述容器的下游侧的燃料气体供给通路上测定所述发热量变动得到抑 制之后的燃料气体的发热量变动，进行反馈控制，以在所述燃料气体供给通路的发热 量测量点的上游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动 幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
该说明书和权利要求书中的"反馈控制"是指在该测量点的上游侧以发热量测量 点的测量值为依据进行控制。
也可以在所述容器的下游侧的燃料气体供给通路上测定所述发热量变动得到抑 制之后的燃料气体的发热量变动，进行前馈控制，以在所述燃料气体供给通路的发热 量测量点的下游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动 幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
该说明书和权利要求书中的"前馈控制"是指在该测量点的下游侧以发热量测量 点的测量值为依据进行控制。作为该前馈控制的一种方法，有根据混合之前的燃料气 体和流量计算出混合之后的发热量成为规定值所需要的增加发热量气体、减少发热量 气体的混合量，以其作为指令值提供的方法，但是也可以是其他方法。
而且，也可以在所述容器与燃料气体供给通路的使燃料气体减少发热量或增加发 热量的位置之间的燃料气体供给通路上测定燃料气体的发热量变动，将减少发热量或 增加发热量的前馈控制加到所述反馈控制，使燃料气体减少发热量或增加发热量，以 使该测定的发热量的变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
又，可以将在利用分别形成气体入口和气体出口的容器进行的燃料气体的时间差 混合对发热量变动的抑制作为模拟模型生成，从根据该模拟模型在所述容器的上游侧 测量的燃料气体的发热量变动，预测容器出口的燃料气体发热量变动，进行前馈控制， 以在容器下游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，从而使该预测的燃料气体发热
量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
还可以是，如果在分别形成气体入口和气体出口的容器上游侧测定出规定的燃料 气体发热量变动幅度以上的发热量变动，就在所述容器的上游侧使燃料气体减少发热 量或增加发热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度内，根据预测该减少发热量或增 加发热量的燃料气体在所述容器内的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而生成 的模拟模型，在容器下游侧的燃料气体供给通路使燃料气体减少发热量或增加发热 量，从而使根据在所述容器的上游侧测量的燃料气体发热量变动预测的容器出口的燃 料气体发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
又可以将在利用分别形成气体入口和气体出口的容器进行的燃料气体的时间差 混合对发热量变动的抑制作为模拟模型生成，从根据该模拟模型在所述容器的上游侧 测量的燃料气体的发热量变动，预测容器出口的燃料气体发热量变动，根据该预测的 燃料气体的发热量变动使燃料气体减少发热量或增加发热量的前馈控制、以及在所述 容器下游侧的燃料气体供给通路上测量提供给燃烧设备的燃料气体的发热量变动，在 所述燃料气体供给通路的发热量测量点的上游侧使燃料气体减少发热量或增加发热 量，以使该测量的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的反馈控制 并行实施。
还有可以是，如果在分别形成气体入口和气体出口的容器上游侧测定出规定的燃 料气体发热量变动幅度以上的发热量变动，就在所述容器的上游侧使燃料气体减少发 热量或增加发热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度内，根据预测该减少发热量或 增加发热量的燃料气体在所述容器内的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而生 成的模拟模型，进行根据从在所述容器上游侧测量的燃料气体的发热量变动预测的容 器出口的燃料气体发热量变动，使燃料气体减少发热量或增加发热量的前馈控制、以 及在所述容器下游侧的燃料气体供给通路上测量提供给燃烧设备的燃料气体的发热 量变动，在所述燃料气体供给通路的发热量测量点的上游侧使燃料气体减少发热量或 增加发热量，以使该测量的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的 反馈控制并行实施。
在规定流量和规定容积的容器中，用多个一次延迟和滞留时间的系列的信号的常 数倍之和，对其时间常数进行与检测器的延迟相当的修正，生成上述模拟模型。
而且，也可以在所述气体发热量控制方法中，在所述容器内或容器外表面部进行 使所述燃料气体减少发热量或增加发热量的操作，以使所述燃料气体的发热量变动在 燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
而且，也可以在所述气体发热量控制方法中，监视在所述容器的上游侧测量的燃 料气体的发热量变动的平均值以及在所述容器下游侧的燃料气体供给通路测量的燃
料气体的发热量变动平均值，如果对于该平均值检测出一定量的平均差，就在所述容 器的上游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使所述容器上游侧的燃料气体发 热量变动接近所述容器下游侧的燃料气体供给通路上的发热量。
为了实现上述目的，本发明的气体发热量控制装置设置对提供给燃烧设备的燃料 气体进行时间差混合的分别形成气体入口和气体出口的容器、测量在该容器内混合， 发热量变动得到抑制后的燃料气体的发热量变动的第1发热量计量器、以及用混合器 在燃料气体中混合减少发热量的气体或增加发热量的气体，以使该第l发热量计量器 测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第1控制器。
也可以将第l发热量计量器设置于在容器下游侧的燃料气体供给通路上设置的混 合器的下游侧，设置进行反馈控制，从而用所述混合器使燃料气体减少发热量或增加 发热量，以使该第l发热量计量器测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的 允许范围内的第1控制器。
而且，也可以设置对提供给燃烧设备的燃料气体进行时间差混合的分别形成气体 入口和气体出口的容器、测量在该容器内混合，发热量变动得到抑制后的燃料气体的 发热量变动的第2发热量计量器、以及进行用混合器在燃料气体中混合减少发热量的 气体或增加发热量的气体，以使该第2发热量计量器测定的发热量的变动幅度在燃烧 设备的燃料气体的允许范围内的前馈控制第2控制器。
而且，也可以将测量燃料气体的发热量变动的第2发热量计量器设置于所述容器
与混合器之间的燃料气体供给通路上，设置除了进行用所述混合器使燃料气体减少发
热量或增加发热量的反馈控制外，还进行根据该第2发热量计量器测定的发热量的变 动使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使其在燃烧设备的燃料气体的允许范围内 的前馈控制第2控制器。
而且也可以设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量燃料气体 的发热量变动的第3发热量计量器、以及根据预测利用所述容器进行燃料气体的时间 差混合产生的对发热量变动的抑制而生成的模拟模型，预测容器出口的燃料气体的发 热量变动，进行使燃料气体减少发热量或增加发热量的前馈控制，以使该预测的燃料 气体发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第2控制器。
也可以设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量规定的变动幅 度以上的燃料气体的发热量变动的第3发热量计量器、如果该第3发热量计量器测定 出规定的变动幅度以上的发热量变动，就在所述容器的上游侧使燃料气体减少发热量 或增加发热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度内的第3控制器、以及根据预测利 用所述容器进行燃料气体的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而生成的模拟模 型，进行前馈控制，在容器下游侧的燃料气体供给通路上使燃料气体减少发热量或增
加发热量，以使根据从在所述容器上游侧测量的燃料气体的发热量变动预测的容器出 口的燃料气体发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第2控制器。
还可以设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量燃料气体的发 热量变动的第3发热量计量器、根据预测利用所述容器进行燃料气体的时间差混合产 生的对发热量变动的抑制而生成的模拟模型，预测容器出口的燃料气体的发热量变 动，根据该预测的燃料气体的发热量变动进行使燃料气体减少发热量或增加发热量的 前馈控制的第2控制器、以及在所述燃料气体供给通路上设置混合器，在该混合器的 下游侧设置对提供给燃烧设备的燃料气体的发热量变动进行测量的第1发热量计量 器，
进行用所述混合器使燃料气体减少发热量或增加发热量的反馈控制以及所述前 馈控制，以使该第1发热量计量器测量的发热量变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允 许范围内的第1控制器。
也可以设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量规定的变动幅 度以上的燃料气体的发热量变动的第3发热量计量器、如果该第3发热量计量器测定
出规定的变动幅度以上的发热量变动，就在所述容器的上游侧使燃料气体减少发热量
或增加发热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度内的第3控制器、根据预测利用所 述容器进行燃料气体的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而生成的模拟模型，进 行前馈控制，在容器下游侧的燃料气体供给通路上使燃料气体减少发热量或增加发热 量，以使根据在所述容器的上游侧测量的燃料气体的发热量变动预测容器出口的燃 料气体的发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第2控制器、以及在所述 燃料气体供给通路上设置混合器，在该混合器的下游侧设置对提供给燃烧设备的燃料 气体的发热量变动进行测量的第l发热量计量器，进行用所述混合器使燃料气体减少 发热量或增加发热量的反馈控制，以使该第l发热量计量器测量的发热量变动幅度在 燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第1控制器。
还可以在所述气体发热量控制装置中，在所述容器内或所述容器外表面上设置使 燃料气体减少发热量或增加发热量，以使所述燃料气体的发热量变动在燃烧设备的燃 料气体的允许范围内，形成能够利用该混合器在容器内或容器外表面使燃料气体减少 发热量或增加发热量的结构。
而且，在所述气体发热量控制装置中，在所述容器的上游侧的燃料气体供给通路
上设置混合器，设置监视在该混合器的上游侧测量的燃料气体的发热量变动平均值和
在所述混合器的下游侧测量的燃料气体的发热量变动平均值的监视控制器，使该监视 控制器具有这样的功能，即如果该监视控制器在两个平均值上检测出一定量的平均
差，就用所述容器的上游侧的混合器使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使所述
容器上游侧的燃料气体的发热量变动接近所述混合器下游侧的发热量。
如果采用本发明，在将发热量有变动的低发热量气体等提供给燃气轮机等燃烧设 备作为燃料气体的情况下，能够利用时间差混合将其抑制(缓和)于与燃烧设备相应 的发热量变动，因此能够容易地减少燃料气体的发热量或增加燃料气体的发热量。也 就是说，利用容器减少发热量的变动幅度，这样能够抑制短周期和中等周期的变动， 只使主要是长周期的变动留下，因此通过使其燃料气体减少发热量或增加发热量能够 使发热量有变动的燃料气体形成为能够在燃烧设备中稳定使用的燃料气体。这样，能 够把发热量有变动的气体的发热量变动抑制在燃烧设备的燃料气体允许的变动范围 内，能够实现设备的连续稳定运行。


图l是包含本发明第1实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备的配 管概略图。
图2是表示利用图1的气体发热量抑制装置抑制发热量变动的状态的曲线图。 图3是表示包含本发明第2实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图。
图4是表示利用图3的气体发热量控制装置使发热量变动得到缓和的状态的曲线图。
图5是表示包含本发明第3实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图。
图6是表示图5的第3实施形态的气体发热量控制装置的模拟模型的一个例子的 方框图。
图7是表示包含本发明第4实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图。
图8是表示利用图7的气体发热量控制装置使发热量变动得到缓和的状态的曲线图。
图9是表示包含本发明第5实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图。
图IO是表示图9的第5实施形态的气体发热量控制装置的模拟模型的一个例子 的方框图。
图ll是表示已有的燃气轮机发电设备的概略状况的配管图。 图12是表示图11的燃气轮机发电设备的发热量变动的曲线图。 符号说明
1 气体发热量控制装置
2 燃气轮机
3 燃料气体供给通路
4 燃料气体发生装置
5 容器
6 气体入口
7 气体出口
8 混合器
9 气体压缩机
10 发电机
11 控制气体供给配管
12 减少发热量用流量调整阀
13 减少发热量气体供给器
14 增加发热量用流量调整阀
15 增加发热量气体供给器
16 发热量计量器
17 输入路径
18 设定值
19 第l控制器
20 输出路径
21 分配器
22 流量
23 第2发热量计量器
24 输入路径
25 第2控制器
26 输出路径
27 气体发热量控制装置
29 第3发热量计量器
30 输入路径
31 模拟器
32 路径
33 气体发热量控制装置 35 气体发热量控制装置
37 第2混合器
38 第3控制器(监视控制器)
39 输出路径
40 分配器
41 减少发热量用流量调整阀
42 减少发热量气体供给器
43 增加发热量用流量调整阀
44 增加发热量气体供给器
45 第2控制气体供给配管
46 气体发热量控制装置 S 燃气轮机发电设备
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的气体发热量控制装置及其控制方法进行说明。在下述说 明中，燃烧设备以燃气轮机为例进行说明。而且在下述说明中对形成使燃料气体的发 热量能够减少或增加的结构的例子进行说明。
图l是包含本发明第1实施形态的气体发热量控制装置1的燃气轮机发电设备S 的(配管)概略图，是在将燃料气体提供给燃气轮机2的燃料气体供给通路3上设置 本发明的气体发热量控制装置1的配管图。
燃料气体供给通路3形成能够将燃料气体发生装置4 (例如高炉)发生的低发热 量气体等(以下称为"燃料气体")作为燃料提供给燃气轮机2的结构。该燃料气体 供给通路3上设置分别形成气体入口 6和气体出口 7的容器5。
该容器5以规定的容积形成，而且形成能够通过燃料气体供给通路3的燃料气体 从气体入口6进入，从气体出口7出去的结构。该容器5作为缓冲容器起作用，发热 变化的燃料气体从气体入口 6连续流入内部，与已经流入而且停留在其中的燃料气体 发生时间差混合，从另外形成的气体出口 7排出，因此即使是燃料气体的发热量发生 变动的情况下，也能够利用时间差混合缩小其发热量变动幅度，而且能够使发热量变 动速度降低。
也就是说，同时流入容器5的燃料气体形成从气体出口 7较早流出的部分到滞留 在容器5内比较长的时间的部分的分布。另一方面，由于从气体人口 6连续流入新气 体，因此过去流入的气体与新流入的气体不断地混合。也就是说，时时刻刻不断流入
容器5的发热量有变动的燃料气体就这样在容器5的内部实现时间差混合。在本说明 书和权利要求书中，将其称为时间差混合，借助于这种时间差混合的作用，容器5发 挥抑制燃料气体的发热量变动的功能。其结果是，从容器5的气体出口 7排出的燃料
气体的发热量变动幅度被缩小，变动速度下降。也就是说，发热量变动得到很大抑制 (缓和)。
作为利用这种容器5缓冲的效果，假设气体人口 6的变动为角速度w的正弦(sin) 曲线，容器5内的混合是完全混合，其时间常数为T,则出口变动振幅/入口变动振幅 =Gain= 1/(1 + co2 ■ T2)1/2。根据这一公式，如果co或T(即容器的容量)大则Gain 变小，也就是出口的发热量变动幅度缩小，能够实现抑制变动的效果。在燃料气体供 给通路3的上部图示的曲线图是表示燃料气体的发热量变动的示意图。
利用该容器5进行的时间差混合是重要的结构，通过用该容器5对燃料气体进行 时间差混合，发热量变动在事前得到缓和，通过减少发热量或增加发热量能够稳定地 进行将容器5的下游侧的燃料气体的发热量变动调整在燃烧设备的气体特性的允许变 动范围内的控制。
该容器5只要具有规定的容积，其结构不受限定。例如可以是容积不变的内容积 固定式容器，也可以是已有的燃气轮机设备等中用来监视气体供需平衡的装置(储气 柜)的内容积变动式容器。所谓内容积变动式容器是具有能够相应于容器内压上下移 动的气密封装的盖构件的容器等。可以采用能够利用这些容器发挥抑制燃料气体的发 热量变动的效果的容器5。还可以将多个容器5串联配置或并联配置。
还有，为了更加有效地在该容器5内部进行时间差混合，也可以在容器5设置对 从气体入口 6流入的燃料气体进行搅拌混合的搅拌装置或在容器5内部安装使从气体 入口 6流入的燃料气体通过多个孔进行混合的多孔板等。
而且，为了抑制从上述容器5流出的燃料气体的发热量变动，在上述燃料气体供 给通路3的容器下游侧设置在该燃料气体中混合使发热量减少或增加用的气体的混合 器8。在该混合器8的下游侧设置对燃料气体进行压缩的气体压缩机9、以及使该气 体压缩机9压缩的燃料气体燃烧的燃气轮机2，形成利用该燃气轮机2驱动发电机10 的结构。
而且，在上述混合器8上连接提供减少发热量或增加发热量用的控制气体供给配 管11。该控制气体供给配管11上设置通过调整减少发热量的气体的流量的减少发热 量用流量调整阀12连接的减少发热量气体供给器13、以及通过调整增加发热量气体
的流量的增加发热量用流量调整阀14连接的增加发热量气体供给器15。
作为上述减少发热量气体，可以采用不活泼气体、空气、蒸汽、废弃氮气、燃烧 设备等排出的排气等。作为不活泼气体适合采用氮气(N2),当然不活拔气体不限于 氮气，也可以是二氧化碳(C02)或氦气(He)等。作为上述增加发热量气体，可以 采用中 高发热量气体、即天然气或炼焦炉气体(COG)等。
另一方面，在混合器8的下游侧的上述燃料气体供给通路3上设置对该燃料气体 供给通路中的燃料气体的发热量进行测量的发热量计量器16。该发热量计量器16可 以采用直接测量气体的发热量的所谓发热量计(卡路里计)、测量可燃气体的含有率 (浓度)的装置等。在重视检测速度的情况下，在当前的情况下最好采用可燃性气体浓 度检测器。还可以根据所使用的燃料气体主要包含的可燃成分的种类，或根据产生主 要的发热量变动的可燃成分，使用检测出该成分的浓度的浓度检测器。
用该发热量计量器16监视混合器8的下游侧的燃料气体的发热量。发热量计量 器16测量的计量值通过输入路径17被输入与预先相应于燃气轮机2 (燃烧设备)设 定的规定的设定值18进行比较第1控制器19。该第1控制器19是PI控制器。第l 控制器19进行反馈控制。形成如下所述的结构，即在该第1控制器19比较的结果， 使燃料气体供给通路3的燃料气体减少发热量或增加发热量的控制信号从输出路径20 通过分配器21输出到所述减少发热量用流量调整阀12或增加发热量用流量调整阀 14。以此进行反馈控制。
下面说明利用这样构成的第1实施形态的气体发热量控制装置l将燃料气体供给 通路3内的发热量变动的燃料气体控制于其发热量变动幅度在燃气轮机2 (燃烧设
备)的燃料气体的能够稳定使用的允许范围内的控制。
从上述燃料气体发生装置4通过燃料气体供给通路3提供的燃料气体从容器5 的气体入口6进入，在该容器5内实现时间差混合。在该容器5中，如上所述，时时 刻刻流入容器5的燃料气体即使是同时流入容器5内，由于形成较早从气体出口'7流 出的部分到在容器5内滞留到比较晚的部分的分布，连续流入的新的气体与过去流入 的气体不断地混合，燃料气体发生装置4提供的燃料气体的发热量变动幅度大的变动 得到抑制，从气体出口流出的燃料气体处于其大的发热量变动得到抑制(缓和)的状 态。
这样，在燃料气体供给通路3上设置的能够实现燃料气体的时间差混合的容器5 能够抑制燃料气体的大的发热量变动，其结果是，容易控制在下游进行与减少发热量 的气体或增加发热量的气体的混合，发热量变动得到抑制。
图2是表示利用图1的气体发热量抑制装置抑制(缓和)发热量变动的状态的曲 线图。该图2表示图1中的容器5的容积采用400001113时发热量有变动的燃料气体以 280000NmVhr提供的情况下的发热量变动的被抑制(缓和)状态的模拟结果。横轴表 示时间(秒)，纵轴表示燃料气体的发热量即卡路里值(MJ/kg)。
如图所示，作为利用容器5抑制发热量变动的例子，例如燃料气体发生装置4提 供的燃料气体的发热量变动(最初的变动)在容器的入口部如图中二点锁线所示，随 时间的变动有非常大的波动，但是在容器5中进行时间差混合之后在容器出口的发热 量变动(抑制后变动)如图中虛线所示，处于能够抑制大发热量变动的状态。具体地 说，进入容器5之前的燃料气体的发热量在约5.3~8.8MJ/kg的范围内变动，而从容 器5出来的燃料气体的气体发热量约为5.8~6.8MJ/kg,变动幅度大大缩小。而且如图 所示> 变动周期中的短周期和中等周期变动被去除，主要留下长周期的变动。这种效 果有相对于燃料气体的供给流量容器5的容积越大越显著的倾向。在最初的变动周期 短，变动的幅度小的情况下，即使是从经济性考虑将容器5的容积做得小也有效果。
另 一方面，用混合器8的下游侧设置的发热量计量器16测量燃料气体供给通路3 中的燃料气体的发热量。该发热量计量器16测得的测量值通过输入路径17输入到第 1控制器19。该第1控制器19将发热量计量器19送来的测量值与预先相应于燃气轮 机2设定的规定的设定值18进行比较。
该比较的结果表明，根据发热量计量器16的测量出的测量值有必要使燃料气体 供给通路3的燃料气体减少发热量的情况下，从输出路径20通过分配器21向减少发 热量用流量调整阀12发送控制信号，从减少发热量气体供给器13对混合器8提供规 定量的减少发热量气体。而在有必要使燃料气体增加发热量的情况下，从输出路径20 通过分配器21向增加发热量用流量调整阀14发送控制信号，从增加发热量气体供给 器15向混合器8提供规定量的增加发热量气体。这样把提供给燃气轮机2的燃料气 体的发热量变动幅度控制在燃气轮机2的燃料气体的允许范围内。用这种混合器8控 制后的发热量变动如图2的实线所示，大的发热量变动受到抑制，留下长周期的小幅 度的发热量变动，发热量变动被抑制的燃气轮机2的燃料气体的允许变动范围内，能 够作为稳定的燃料气体使用。
如果这样采用第1实施形态的气体发热量控制装置1,则在用混合器8使燃料气 体减少发热量或增加发热量的情况下，对于如上所述利用容器5抑制大的发热量变动 的燃料气体，实施根据混合器8的下游侧的发热量变动混合减少发热量气体或增加发
热量气体的反馈控制，能够容易地控制于稳定的发热量。而且由于对大的发热量变动 受到抑制的状态下的燃料气体进行控制，提供给燃料气体的减少发热量或增加发热量 的气体量减少了。
而且，在例如燃气轮机2的燃料气体的发热量变动幅度被设定为基准发热量值(平 均值)的±10%的情况下，为了使容器5的下游侧的发热量平均值与在燃气轮机2设 定的基准发热量值一致，备有能够适合这样的规格的容积的容器5，因此有时候在下 游侧只要提供 一定比例的控制气体即可。
这一实施形态中对减少或增加燃料气体的发热量的例子进行了说明，但是也可以 根据条件进行同时提供减少发热量气体和增加发热量气体的控制。而且也可以形成根 据燃料气体与燃烧设备的条件只减少其发热量或只增加其发热量的结构，只在一个方 向上抑制燃料气体的发热量变动。
又可以把上述混合器8设置于容器5的内部或容器5的外表面上，形成在该容器 5的内部或容器5的外表面使燃料气体减少发热量或增加发热量的结抅。如果这样构 成，则能够使设备紧凑。
图3是表示包含本发明第2实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图，该第2实施形态是在以上述第1实施形态的混合器8的下游 侧设置的发热量计量器16来到信号为依据的反馈控制外，测量容器5与混合器8之 间的燃料气体供给通路3中的燃料气体的发热量变动，进行前馈控制的实施形态。与 上述第1实施形态相同的构成标以相同的符号并且省略其说明。
如图所示，在容器5与混合器8之间的燃料气体供给通路3上设置第2发热量计 量器23。该第2发热量计量器23测定的燃料气体供给通路3中的燃料气体的发热量 通过输入路径24被输入第2控制器25。从该第2实施形态的第2控制器25输出对利 用容器5抑制发热量变动的燃料气体中残留的发热量变动残留份额的控制信号。第2 控制器25进行前馈控制，也可以与上述第1控制器19形成一体。
另一方面，与上述第l实施形态一样，设置于混合器8的下游侧的发热量计量器 16测量出的燃料气体供给通路3中的燃料气体的发热量的测量值通过输入路径17被 输入第1控制器19,在该第1控制器19与预先根据燃气轮机2设定的规定的设定值 18进行比较，在燃料气体供给通路3的燃料气体有减少发热量的必要的情况下，对输 出路径20输出减少发热量的控制信号，在有必要增加发热量的情况下对输出路径20 输出增加发热量的控制信号。
而且该减少发热量或增加发热量的控制信号用从上述第2控制器25通过输出路 径26输出的减少发热量或增加发热量的控制信号修正。第1控制器19来的控制信号 用第2控制器25来的控制信号修正，其结果是，在燃料气体供给通路3的燃料气体
有减少发热量的必要的情况下，通过分配器21对减少发热量用流量调整阀12发送控 制信号，从减少发热量气体供给器13向混合器8提供规定的减少发热量的气体。而 在有必要使燃料气体增加发热量的情况下，通过分配器21对增加发热量用流量调整 阀14发送控制信号，从增加发热量气体供给器15对混合器8提供规定量的增加发热 量气体。
如果采用该第2实施形态的气体发热量控制装置27,在混合器8使燃料气体减少 发热量或增加发热量的情况下，像上述第l实施形态那样，除了根据利用容器5抑制 了大的发热量变动的燃料气体在混合器下游侧的发热量变动进行混合减少发热量或 增加发热量的气体的反馈控制，对发热量进行调整的控制外，还根据混合器8的上游 侧从容器5流出的燃料气体中残留的发热量变动，进行混合减少发热量或增加发热量 气体的反馈控制以调整发热量，因此对于与第1实施形态相比较快的发热量变动也能 够进行跟踪将发热量调整在规定的变动幅度内。在这种情况下，由于对大的发热量变 动得到抑制的状态下的燃料气体进行调整，对燃料气体提供的减少发热量气体或增加 发热量气体的量减少了。
还有，在该第2实施形态中，形成除了反馈控制外，还进行前馈控制的结构，但 是容器下游的燃料气体由于该容器5的作用发热量变动幅度缩小，因此也可以形成根 据被输入到第2控制器25的第2发热量计量器23测量的燃料气体供给通路3中的燃 料气体的发热量与流量，用该第2控制器25与预先相应于燃气轮机2设定的规定的 设定值18进行比较，在需要使燃料气体供给通路3的燃料气体减少发热量的情况下， 向输出路径20输出减少发热量的控制信号，在需要增加发热量的情况下则向输出路 径20输出增加发热量的控制信号的结构。在这种情况下的前馈控制，根据混合增加 发热量气体、减少发热量气体之前的燃料气体的发热量和流量，计算出混合后的发热 量为规定值所需要的混合量，以该混合量作为混合值提供进行混合，控制混合所需要 的量。该控制只用第2控制器25进行前馈控制。
图4是表示利用图3的气体发热量控制装置27使发热量变动得到缓和的状态的 曲线图。该图4表示与上述图2以相同的条件模拟的状态。如果釆用该实施形态2， 如图中实线所示，与上述图2相比，用混合器8控制之后的发热量变动中，大的发热 量变动受到抑制，形成长周期的更小幅度的发热量变动，能够形成在燃气轮机2的燃 料气体的允许范围内稳定的燃料气体。
图5是表示包含本发明第3实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图，该第3实施形态生成预先从容器5的气体入口 6的发热量变 动预测气体出口 7的发热量变动的模拟模型，从容器5的上游侧设置的第3发热量计 量器29测量的燃料气体的发热量信号，根据上述模拟模型预测容器5的出口上的发
热量变动，进行用混合器8减少发热量或增加发热量的前馈控制。还有，对于与上述 第2实施形态相同的结构，标以相同的符号并且省略其说明。
如图所示，在容器5的上游侧的燃料气体供给通路3上设置第3发热量计量器29。 该第3发热量计量器29测量的燃料气体供给通路3中的燃料气体的发热量通过输入 路径30编入模拟模型的模拟器31。
预先编入该模拟器31的模拟模型，利用有限元件法等进行缓冲容器模型的模拟， 以其结果为依据，作为与使用的缓冲容器相应的模拟模型生成。作为该模拟模型，在 例如规定的流量和容积的容器5中，用多个一次延迟和滞留时间的系列的信号的常数 倍之和，对其时间常数进行与检测器的延迟相当的修正，生成。
图6是表示图5的第3实施形态的气体发热量控制装置的模拟模型的一个例子的 方框图。作为上述模拟模型，将一次延迟和滞留时间的系列的信号的常数倍相加生成， 但是在该图中，为了说明方便，表示基于3个系列的例子。具体地说，对用第3发热 量计量器29测量的测量信号，图示于模拟模型上游的延迟补偿(1 +Ta*s)/( 1 +Tb*s) 对计量器的一次延迟进行补偿，对其信号将多个一次延迟与滞留时间的系列的信号的 常数倍相加，预测容器5的气体出口 7的发热量变动。还有，图6的各记号，s表示 拉普拉斯变换参数，Ta、 Tb为延迟补偿常数，Tl、 T2、 T3为一次延迟，Ll、 L2、 L3 为滞留时间，Gl、 G2、 G3为常数倍系数。
利用这样的模拟模型预测的容器5的气体出口 7上的发热量变动的信号通过路径 32输出到上述第2控制器25。在该第2控制器25中，将预先根据燃气轮机2设定的 规定的设定值18与流量22加以比较。
该比较的结果，根据第3发热量计量器29测定的测量值认为有必要使燃料气体 供给通路3的燃料气体减少发热量时，从输出路径20通过分配器21向减少发热量用 流量调整阀12输送控制信号，从减少发热量气体供给器13向混合器8提供规定量的 减少发热量气体。又，在需要使燃料气体增加发热量时，从输出路径20通过分配器 21向增加热量用流量调整闽14输送控制信号，从增加发热量气体供给器15向混合器 8提供规定量的增加发热量气体。
如果采用这样的第3实施形态的气体发热量控制装置33,则即使是燃料气体中产 生快速的发热量变动，由于在容器5的上游侧对该快速的发热量变动进行测量，根据 模拟模型进行与该发热量变动相应的控制，因此也能够跟踪性能良好地抑制发热量变 动。而且即使是第2实施形态中的第2发热量计量器23发生测量时间延迟的情况下， 用该第3实施形态的气体发热量控制装置33也能够应对。
图7是表示包含本发明第4实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图，该第4实施形态是在上述第3实施形态的前馈控制的基础上
加上上述第l或第2实施形态的反馈控制。还有，对于与上述第2、第3实施形态相 同的构成标以相同的符号并省略其说明。
如图所示，在图5的构成基础上，在混合器的下游侧设置的发热量计量器16测 量的燃料气体供给通路3中的燃料气体发热量的测量值被输入第1控制器19,在该第 1控制器19，与预先相应于燃气轮机2设定的规定的设定值18进行比较，在有必要 使燃料气体供给通道3的燃料气体减少发热量的情况下，向输出路径20输出减少发 热量的控制信号，在有必要增加发热量的情况下，向输出路径20输出增加发热量的 控制信号。
然后，该减少发热量或增加发热量的反馈控制信号用上述第2控制器25输出的 减少发热量或增加发热量的前馈控制信号修正。来自第1控制器19的控制信号用来 自第2控制器25的控制信号进行修正，其结果是，在有必要使燃料气体供给通路3 的燃料气体减少发热量的情况下，通过分配器21对减少发热量用流量调整阀12放松 控制信号，从减少发热量气体供给器13向混合器8提供规定量的减少发热量气体。 又，在需要使燃料气体增加发热量的情况下，通过分配器21向增加发热量用流量调 整闽14发送控制信号，从增加发热量气体供给器15向混合器8提供规定量的增加发 热量气体。
图8是表示利用图7的气体发热量控制装置使发热量变动得到抑制(缓和)的状 态的曲线图，利用如上所述根据模拟模型控制容器5的上游侧的燃料气体的发热量变 动的前馈控制与根据混合器8的下游侧的燃料气体的发热量变动进行控制的反馈控制 进行控制后的发热量变动，如实线所示，大的发热量变动更加受到抑制，形成长周期 的小幅度的发热量变动，能够得到燃气轮机2的燃料气体的允许变动范围内的稳定的 燃料气体。
也就是说，如果釆用该第4实施形态的气体发热量控制装置35,即使是燃料气体 中发生快速的发热量变动，也由于在容器5的上游恻对该快速的发热量变动进行测量， 根据模拟模型进行与该发热量变动相应的控制，因此能够跟踪性良好地抑制发热量变 动。而且如果采用该第4实施形态的气体发热量控制装置35,则即使是像上述第2实 施形态的气体发热量控制装置27那样，在第2发热量计量器23发生测量时间延迟的 情况下也能够应对。
而且，在本实施形态中，适用在模拟器31内装入能够近似地模拟现实的容器特 性的模拟模型的前馈控制，巧妙利用比在容器5的上游设置的第3发热量计量器29 的测量时间长的容器内滞留时间，以补偿测量时间延迟，高精度预测容器出口的发热 量，因此能够利用前馈控制实现良好的跟踪性，将燃气轮机2的输入侧的残余的发热 量变动幅度抑制在允许的限制范围内，实现设备的连续稳定运行。
图9是表示包含本发明第5实施形态的气体发热量控制装置的燃气轮机发电设备 的一部分的配管概略图，该第5实施形态是在上述第4实施形态的基础上，像燃料气 体供给通路3的上部示意性图示的线图那样，燃料气体的发热量变动的平均值以一定 的幅度上升或下降的情况下，也能够控制的实施形态。还有，与上述第4实施形态相 同的构成标以相同的符号并省略其说明。
如图所示，该第5实施形态中，在容器5的上游侧的燃料气体供给通路3上设置 第2混合器37，在该第2混合器37的上游侧的燃料气体供给通路3上设置第3发热 量计量器29。该第3发热量计量器29测量的燃料气体供给通路3中的燃料气体的发 热量从输入路径30被输入到第3控制器38。又从输入路径17也向该第3控制器38 输入容器5的下游侧设置的混合器8的下游侧设置的发热量计量器16测量的燃料气 体的发热量。而且，该第3控制器38监视相对于混合器8的下游侧的发热量变动的 平均值，容器5的上游侧的发热量变动的平均值有没有一定幅度的上升或下降。该第 3控制器38是监视控制器。
然后，在容器5的上游侧的燃料气体的发热量变动平均值被测出有一定幅度的上 升或下降的情况下，从该第3控制器38通过输出路径39和分配器40,在减少发热量 的情况下，向减少发热量用流量调整阀41输出从减少发热量气体供给器42将规定的 减少发热量气体从第2控制气体供给配管45提供给第2混合器37的控制信号，在增 加发热量的情况下，向增加发热量用流量调整闽43输出从增加发热量气体供给器44 将规定量的增加发热量气体从第2控制气体供给配管45提供给第2混合器37的控制 信号。
另一方面，上述第3发热量计量器29测量的燃料气体供给通路3内的燃料气体 的发热量也输入到编入模拟模型的模拟器31。而且从上述第3控制器38输出到输出 路径39的控制信号也被输入到模拟器31。
图IO是表示该第5实施形态的气体发热量控制装置46的模拟器31中预先装入 的模拟模型的一个例子的方框图。在该图中，如图9的容器5的上游侧记载的那样， 说明使平均值高的发热量变动减少发热量的情况。在这种情况下，说明对图9的减少 发热量用流量调整阀41进行控制，从减少发热量气体供给器42对第2混合器37提 供减少发热量气体的情况。作为该模拟模型也是将多个一次延迟与滞留时间的系列的 信号的常数倍相加形成，但是该图中为了说明方便例示了基于三个系列的例手。
又，在该模拟模型的情况下，在容器5的上游侧燃料气体的发热量变动平均值发 生偏差的情况下的修正在模拟模型的上游侧进行。具体地说，对第3发热量计量器29 的测量信号，利用图示的模拟模型上游恻的延迟补偿U + Ta*s) /(1 + Tb*s)补偿计 量器的一次延迟，对其信号用第3控制器38进行提供应该修正发热量变动的平均值
差的减少发热量气体之后的修正，对该修正后的信号，将多个一次延迟与滞留时间的 系列的信号的常数倍相加，预测容器5的气体出口 7上的发热量变动。还有，图10 的各记号与上述图6相同，s为拉普拉斯变换(Laplace Transform)参数，Ta、 Tb为 延迟补偿常数，Tl、 T2、 T3为一次延迟，Ll、 L2、 L3为滞留时间，Gl、 G2、 G3为 常数倍系数。第2控制器25内的式子表示变动份额的微分式。
而且，利用这样的模拟模型预测的容器5的气体出口 7上的发热量变动的信号经 过路径32输出到上述第2控制器25。从该第2控制器25,输出对于利用容器5抑制 发热量变动的平均差的燃料气体中预测为残存的发热量变动的残留份额的控制信号。
另一方面，与上述第4实施形态相同，将设置于混合器8的下游侧的发热量计量 器16测量出的燃料气体供给通路3中的燃料气体发热量的测量值输入到第1控制器 19,用该第1控制器19与预先相应于燃气轮机2设定的规定的设定值18进行比较， 在有必要使燃料气体供给通路3的燃料气体减少发热量的情况下，向输出路径20输 出减少发热量的控制信号。
然后，该减少发热量控制信号用从上述第2控制器25输出到输出路径26的控制 信号修正。从第1控制器19来的控制信号用第2控制器25来的控制信号修正的结果， 表明有必要使燃料气体供给通路3的燃料气体减少热量的情况下，通过分配器21将 控制信号发送到减少发热量用流量调整阀12，从减少发热量气体供给器13向混合器 8提供规定量的减少发热量气体。借助于此，将燃料气体的发热量调整到允许变动范 围内。
在这里，说明了减少燃料气体的发热量的例子，而在有必要增加燃料气体的发热 量的情况下，通过分配器21向增加发热量用流量调整阀14发送控制信号，从增加发 热量气体供给器15向混合器8提供规定量的增加发热量气体。
如果采用该第5实施形态的气体发热量控制装置46,则即使是燃料气体的发热量 变动的平均值发生一定量的上升或下降，也可以在容器5的上游侧将其平均值的上升 或下降加以抑制，因此即使是发热量变动的平均值有变化的燃料气体，也能够稳定地 控制在燃气轮机2的燃料气体的允许范围内。
在这种情况下，可以形成根据条件进行控制，同时提供减少发热量气体和增加发 热量气体，或者也可以根据燃料气体的条件只进行减少发热量或只进行增加发热量的 操作的结构，只在一个方向上抑制燃料气体的发热量变动平均值。
如果釆用以上说明的实施形态的气体发热量控制装置(方法)，对于各种燃料气 体，能够可靠地将发热量变动抑制在燃烧设备的允许范围内，使其稳定化，能够有效 地高效率地加以利用。
又，以上说明的实施形态中，以燃气轮机为燃烧设备的例子进行了说明，但是本
发明的燃烧设备不限于燃气轮机。这些气体发热量控制装置也可以使用于其他燃烧设 备、例如锅炉、加热炉、焚烧炉等。
还有，在以上说明的实施形态中，说明了具有能够使燃料气体的发热量减少或增 加的结构的例子，但是也可以是只能够减少发热量或只能够增加发热量的结构。而且 也可以是同时进行减少发热量或增加发热量两者的结构。
又，在以上说明的实施形态中，设置分别具备各种功能的控制器，但是也可以任 意整合。
还有，所使用的燃料气体包含高炉瓦斯(BFG)、转炉气体(LDG)、煤层中包含 的煤层气(Coal mine gas,简称CMG)、直接还原炼铁法和熔融还原炼铁法发生的副 产品气体、GTL(Gas-to-Liquid:气体液化)工艺中发生的尾气、从油砂中精炼油的工艺 中伴随发生的副产品气体、用等离子体焚烧垃圾发生的气体、掩埋包含生垃圾的一般 废弃物的地方在发酵分解过程中发生的甲烷气体(Landfill gas)、以及其他类似的原 料发生化学反应而伴随发生的副产品等低发热量气体。而且，作为燃料气体，不但是 低发热量气体，也包含中发热量气体、高发热量气体。当然，不但单独包含上述气体， 两种以上的气体适当混合的情况，以及使这些气体混合的混合气体也能够使用本发 明。
还有，上述任何实施形态都是说明基本功能用的概念图，实际上对于相关辅助装 置和安装的零部件(例如阀门、启动装置、变压器、断路器、容器类等)都省略其记 述。
工业应用性
如果采用本发明，可以作为能够对气体特性变动的气体的发热量变动加以抑制， 将其作为稳定的燃料气体提供给燃气轮机、锅炉、加热炉、焚烧炉等燃烧设备的气体 发热量控制装置使用。
权利要求
1.一种气体发热量控制方法，其特征在于，将提供给燃烧设备的燃料气体在分别形成气体入口和气体出口的容器内进行时间差混合，以此抑制该燃料气体的发热量变动，测定抑制了该发热量变动后的燃料气体的发热量变动，使所述燃料气体减少发热量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
2. 根据权利要求l所述的气体发热量控制方法，其特征在于， 在所述容器的下游侧的燃料气体供给通路上测定所述发热量变动得到抑制之后的燃料气体的发热量变动，进行反馈控制，以在所述燃料气体供给通路的发热量测量点的上游侧使燃料气体 减少发热量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的 允许范围内。
3. 根据权利要求l所述的气体发热量控制方法，其特征在于， 在所述容器的下游侧的燃料气体供给通路上测定所述发热量变动得到抑制之后的燃料气体的发热量变动，进行前馈控制，以在所述燃料气体供给通路的发热量测量点的下游侧使燃料气体 减少发热量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的 允许范围内。
4. 根据权利要求2所述的气体发热量控制方法，其特征在于， 在所述容器与燃料气体供给通路的使燃料气体减少发热量或增加发热量的位置之间的燃料气体供给通路上测定燃料气体的发热量变动，将减少发热量或增加发热量的前馈控制加到所述反馈控制，使燃料气体减少发热 量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
5. —种气体发热量控制方法，其特征在于，将在利用分别形成气体入口和气体出口的容器进行的燃料气体的时间差混合对发 热量变动的抑制作为模拟模型生成，从根据该模拟模型在所述容器的上游侧测量的燃料气体的发热量变动，预测容器 出口的燃料气体发热量变动，进行前馈控制，以在容器下游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，从而使该 预测的燃料气体发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
6. —种气体发热量控制方法，其特征在于， 如果在分别形成气体入口和气体出口的容器上游侧测定出规定的燃料气体发热量 变动幅度以上的发热量变动，就在所述容器的上游侧使燃料气体减少发热量或增加发 热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度内，根据预测该减少发热量或增加发热量的燃料气体在所述容器内的时间差混合产生 的对发热量变动的抑制而生成的模拟模型，进行前馈控制，以在容器下游侧的燃料气 体供给通路使燃料气体减少发热量或增加发热量，从而使根据在所述容器的上游侧测 量的燃料气体发热量变动预测的容器出口的燃料气体发热量变动在燃烧设备的燃料 气体的允许范围内。
7. —种气体发热量控制方法，其特征在于，将在利用分别形成气体入口和气体出口的容器进行的燃料气体的时间差混合对发 热量变动的抑制作为模拟模型生成，从根据该模拟模型在所述容器的上游侧测量的燃料气体的发热量变动，预测容器 出口的燃料气体发热量变动，根据该预测的燃料气体的发热量变动使燃料气体减少发热量或增加发热量的前馈 控制、以及在所述容器下游侧的燃料气体供给通路上测量提供给燃烧设备的燃料气体的发热 量变动，在所述燃料气体供给通路的发热量测量点的上游侧使燃料气体减少发热量或增加 发热量，以使该测量的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的反馈 控制并行实施。
8. —种气体发热量控制方法，其特征在于，如果在分别形成气体入口和气体出口的容器上游侧测定出规定的燃料气体发热量 变动幅度以上的发热量变动，就在所述容器的上游侧使燃料气体减少发热量或增加发 热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度内，根据预测该减少发热量或增加发热量的燃料气体在所述容器内的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而生成的模拟模型，进行根据从在所述容器上游侧测量的燃料气体的发热量变动预测的容器出口的燃料气体发热量变动，使燃料气体减少发热量或增加发热量的前馈控制、以及在所述容器下游侧的燃料气体供给通路上测量提供给燃烧设备的燃料气体的发热量变动，在所述燃料气体供给通路的发热量测量点的上游侧使燃料气体减少发热量或增加 发热量，以使该测量的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的反馈 控制并行实施。
9. 根据权利要求4-8中的任一项所述的气体发热量控制方法，其特征在于，在规定流量和规定容积的容器中，用多个一次延迟和滞留时间的系列的信号的常 数倍之和，对其时间常数进行与检测器的延迟相当的修正，生成上述模拟模型。
10. 根据权利要求2或5所述的气体发热量控制方法，其特征在于，在所述容器 内或外表面部进行使燃料气体减少发热量或增加发热量的搡作，以使所述气体的发热 量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内。
11. 根据权利要求7或8所述的气体发热量控制方法，其特征在于， 监视在所述容器的上游侧测量的燃料气体的发热量变动的平均值以及在所述容器下游侧的燃料气体供给通路测量的燃料气体的发热量变动平均值，如果对于该平均值检测出一定量的平均差，就在容器的上游侧使燃料气体减少发 热量或增加发热量，以使所述容器上游侧的燃料气体发热量变动接近所述容器下游侧 的燃料气体供给通路上的发热量。
12. —种气体发热量控制装置，其特征在于，设置对提供给燃烧设备的燃料气体进行时间差混合的分别形成气体入口和气体出口的 容器、测量在该容器内混合，发热量变动得到抑制后的燃料气体的发热量变动的第l发 热量计量器、以及用混合器在燃料气体中混合减少发热量的气体或增加发热量的气体，以使该第1 发热量计量器测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第l控制器。
13. 根据权利要求12所述的气体发热量控制装置，其特征在于，将第1发热量计量器设置于在容器下游侧的燃料气体供给通路上设置的混合器的 下游侧，设置进行反馈控制，从而用所述混合器使燃料气体减少发热量或增加发热量，以 使该第l发热量计量器测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内 的第1控制器。
14. 一种气体发热量控制装置，其特征在于，设置对提供给燃烧设备的燃料气体进行时间差混合的分别形成气体入口和气体出口的 容器、测量在该容器内混合，发热量变动得到抑制后的燃料气体的发热量变动的第2发 热量计量器、以及进行用混合器在燃料气体中混合减少发热量的气体或增加发热量的气体，以使该 第2发热量计量器测定的发热量的变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的前 馈控制第2控制器。
15. 根据权利要求13所述的气体发热量控制装置，其特征在于， 将测量燃料气体的发热量变动的第2发热量计量器设置于所述容器与混合器之间的燃料气体供给通路上，设置除了进行用所述混合器使燃料气体减少发热量或增加发热量的反馈控制外， 还进行根据该第2发热量计量器测定的发热量的变动使燃料气体减少发热量或增加发 热量，以使其在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的前馈控制第2控制器。
16. —种气体发热量控制装置，其特征在于，设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量燃料气体的发热量的第3发 热量计量器、以及根据预测利用所述容器进行燃料气体的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而 生成的模拟模型，预测容器出口的燃料气体的发热量变动，进行使燃料气体减少发热 量或增加发热量的前馈控制，以使该预测的燃料气体发热量变动在燃烧设备的燃料气 体的允许范围内的第2控制器。
17. —种气体发热量控制装置，其特征在于，设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量规定的变动幅度以上的燃料 气体的发热量变动的第3发热量计量器、如果该第3发热量计量器测定出规定的变动幅度以上的发热量变动，就在所述容 器的上游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度 内的第3控制器、以及根据预测利用所述容器进行燃料气体的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而 生成的模拟模型，进行前馈控制，在容器下游侧的燃料气体供给通路上使燃料气体减 少发热量或增加发热量，以使根据从在所述容器上游侧测量的燃料气体的发热量变动 预测的容器出口的燃料气体发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第2控制器。
18. —种气体发热量控制装置，其特征在于，设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量燃料气体的发热量变动的第 3发热量计量器、根据预测利用所述容器进行燃料气体的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而 生成的模拟模型，预测容器出口的燃料气体的发热量变动，根据该预测的燃料气体的 发热量变动进行使燃料气体减少发热量或增加发热量的前馈控制的第2控制器、以及在所述燃料气体供给通路上设置混合器，在该混合器的下游侧设置对提供给燃烧设备的燃料气体的发热量变动进行测量的 第l发热量计量器，进行用所述混合器使燃料气体减少发热量或增加发热量的反馈控制以及所述前馈 控制，以使该第l发热量计量器测量的发热量变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许 范围内的第1控制器。
19. 一种气体发热量控制装置，其特征在于，设置在分别形成气体入口和气体出口的容器的上游侧测量规定的变动幅度以上的燃料 气体的发热量变动的第3发热量计量器、如果该第3发热量计量器测定出规定的变动幅度以上的发热量变动，就在所述容器的上游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使该变动幅度在规定的变动幅度内的第3控制器、根据预测利用所述容器进行燃料气体的时间差混合产生的对发热量变动的抑制而 生成的模拟模型，进行前馈控制，在容器下游侧的燃料气体供给通路上使燃料气体减 少发热量或增加发热量，以使根据在所述容器的上游侧测量的燃料气体的发热量变动 预测的容器出口的燃料气体的发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第2 控制器、以及在所述燃料气体供给通路上设置混合器，在该混合器的下游侧设置对提供给燃烧设备的燃料气体的发热量变动进行测量的 第l发热量计量器，进行用所述混合器使燃料气体减少发热量或增加发热量的反馈控制，以使该第1 发热量计量器测量的发热量变动幅度在燃烧设备的燃料气体的允许范围内的第l控制器。
20. 根据权利要求13或16所述的气体发热量控制装置，其特征在于， 在所述容器内或所述容器外表面上设置使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使所述燃料气体的发热量变动在燃烧设备的燃料气体的允许范围内，形成能够利用该混合器在容器内或容器外表面使燃料气体减少发热量或增加发热 量的结构。
21. 根据权利要求18或19所述的气体发热量控制装置，其特征在于， 在所述容器的上游侧的燃料气体供给通路上设置混合器，设置监视在该混合器的上游侧测量的燃料气体的发热量变动平均值和在所述混合 器的下游侧测量的燃料气体的发热量变动平均值的监视控制器，使该监视控制器具有这样的功能，即如果该监视控制器在两个平均值上检测出一 定量的平均差，就用所述容器的上游侧的混合器使燃料气体减少发热量或增加发热 量，以使所述容器上游侧的燃料气体的发热量变动接近所述混合器下游侧的发热量。
全文摘要
将发热量变动的燃料气体作为发热量变动得到抑制的稳定的燃料气体提供。将提供给燃烧设备(2)的燃料气体在分别形成气体入口(6)和气体出口(7)的容器(5)内进行时间差混合，以此抑制该燃料气体的发热量变动，测定抑制了该发热量变动后的燃料气体的发热量变动，在所述容器(5)的下游侧使燃料气体减少发热量或增加发热量，以使该测定的发热量的变动幅度在燃烧设备(2)的燃料气体的允许范围内。
文档编号F23K5/14GK101115954SQ20058004805
公开日2008年1月30日 申请日期2005年2月18日 优先权日2005年2月18日
发明者佐香正明, 大田秀明, 藤崎悠二郎 申请人:川崎重工业株式会社