贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法及燃气涡轮发电设备的制作方法
贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法及燃气涡轮发电设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法，该方法通过对难以通过燃料流量控制来进行转速控制的贫燃料吸入燃气涡轮发动机转速进行控制，使贫燃料吸入燃气涡轮发动机稳定运转。在将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，来驱动发电机的贫燃料吸入燃气涡轮发动机(GT)的运转方法中，使功率转换装置(17)夹在外部的电力系统(19)与所述发电机(11)之间，通过该功率转换装置(17)控制所述发电机(11)的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机(GT)的转速。
【专利说明】贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法及燃气涡轮发电设备
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2011年12月22日申请的日本专利申请2011-280949的优先权，将其全部内容以参照的方式引入作为本申请的一部分。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种控制贫燃料吸入燃气涡轮发动机转速的方法，所述贫燃料吸入燃气涡轮发动机将在煤矿产生的CMM(Coal Mine Methane ;煤矿甲烷)、VAM(Ventilation AirMethane ;煤矿通风甲烷)等低热量气体用作燃料。
【背景技术】
[0004]已提出一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机，其将在煤矿产生的CMM与VAM或空气进行混合等，吸入发动机，使所含的可燃成分在催化燃烧器燃烧(例如，参照专利文献I)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利公开2010-019247号公报
【发明内容】
[0008](一 )要解决的技术问题
[0009]在这样的利用催化燃烧器的燃气涡轮发动机中，为了使燃烧器不发生失火而稳定地持续运转，必须将燃烧器的入口温度保持在反应温度以上。如果发动机的转速过高，则由于流入燃烧器的气体的流量增大，变得不能维持燃烧器的入口温度，因此控制发动机转速是重要的。但是，在使用贫燃料的燃气轮机中，由于燃料浓度不稳定，难以根据燃料流量进行转速控制，因此必须通过其他方法控制转速。
[0010]因此，为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法及使用该方法的燃气涡轮发电设备，所述方法通过对难以通过燃料流量控制来进行转速控制的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的转速进行控制，使贫燃料吸入燃气涡轮发动机稳定运转。
[0011](二)技术方案
[0012]为了实现上述目的，本发明的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法是将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，来驱动发电机的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法，使功率转换装置夹在外部的电力系统与所述发电机之间，通过该功率转换装置控制所述发电机的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机的转速。
[0013]根据该结构，能够不受不稳定的贫燃料的燃料浓度或外部电力系统频率的影响，而控制燃气涡轮发动机的转速。由此，能够将燃烧器温度维持在适合的值，使贫燃料燃气涡轮发动机稳定地运转。[0014]在本发明的一个实施方式的运转方法中，优选地，在所述燃气涡轮发动机上设置主燃烧器、热交换器和辅助燃烧器，所述主燃烧器使由压缩机压缩的压缩气体燃烧，供给涡轮，所述热交换器将来自所述涡轮的废气作为加热介质，对所述压缩气体加热，所述辅助燃烧器从所述燃气涡轮发动机启动时至所述主燃烧器达到规定温度，对所述热交换器暖机；在所述燃烧器的温度达到规定值为止的暖机运转状态下，将所述燃气涡轮发动机的转速控制在低于额定转速的暖机运转时转速。根据该结构，根据该结构，无需为暖机运转增加如启动马达那样的驱动装置，能够以简单的结构控制发动机的转速，维持燃烧器的温度。
[0015]在本发明的一个实施方式的运转方法中，优选地，在所述燃烧器的温度达到所述规定值后，停止所述辅助燃烧器的运转，使所述燃气涡轮发动机的转速提高，过渡至稳定运转状态；在该稳定运转状态下，通过控制所述发电机的转速，将所述主燃烧器的入口温度维持在规定的工作温度。根据该结构，即使在稳定运转时，也不受外部电力系统频率的限制，能够进行以维持主燃烧器温度为优先的转速控制。
[0016]在权利要求1至3中任意一项所述的运转方法中，优选地，在燃气涡轮发动机稳定运转结束后，进行使燃气涡轮发动机以低于规定值的转速旋转的盘车运转(夕一- 運転)。根据该结构，无需为盘车运转增加马达，能够以简单的结构控制发动机的转速，防止运转结束后旋转轴的弯曲。
[0017]本发明的燃气涡轮发电设备具备燃气涡轮发动机、发电机、功率转换装置和转速控制电路，所述燃气涡轮发动机将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，所述发电机通过旋转轴与所述贫燃料吸入燃气涡轮发动机连接，由该发动机驱动，所述功率转换装置夹在所述发电机与外部的电力系统之间，所述转速控制电路通过所述功率转换装置来控制所述发电机的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机的转速。根据该发电设备，能够不受不稳定的贫燃料的燃料浓度或外部电力系统频率的影响，而控制燃气涡轮发动机的转速。由此，能够将燃烧器温度维持在适合的值，使贫燃料燃气涡轮发动机稳定地运转。
[0018]权利要求书和/或说明书和/或说明书附图所公开的至少两种结构的任意组合，均包含在本发明中。特别是权利要求书的各权利要求的两项以上的任意组合，也包含在本发明中。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过参照附图对以下适宜的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本发明。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图上相同附图标记表示相同或与其相当的部分。
[0020]图1是表示本发明的一个实施方式的燃气涡轮发电设备的简要结构的方框图。
[0021]图2是表示图1的发电设备的工作原理的模式图。
[0022]图3是表示图1的发电设备的燃气涡轮发动机的转速控制的例子的图表。
【具体实施方式】
[0023]下面参照【专利附图】
【附图说明】本发明的优选实施方式。图1是表示成为本发明的一个实施方式的运转方法的运转对象的燃气涡轮发动机GT的简要结构图。该燃气涡轮发动机GT具有压缩机1、主燃烧器3、涡轮5及热交换器7作为主要结构单元。由燃气涡轮发动机GT和通过该燃气涡轮发动机GT的输出而驱动的发电机11构成燃气涡轮发电设备S(以下称为“发电设备”)。
[0024]本实施方式的燃气涡轮发动机GT作为如下所述的贫燃料吸入燃气涡轮发动机而构成，其将在煤矿产生的CMM(Coal Mine Methane ;煤矿甲烷)等低热量气体与空气或从煤矿排出的VAM(Ventilation Air Methane ;煤矿通风甲烧)混合,吸入发动机，将所含的可燃成分用作燃料；主燃烧器3作为含有钼或钯等催化剂的催化燃烧器而构成。
[0025]作为该燃气涡轮发动机GT所使用的低热量气体，将在煤矿产生的VAM与可燃成分(甲烷)浓度高于VAM的CMM这样的两种不同燃料浓度的燃料气体混合而得到工作气体G1，将该工作气体Gl从压缩机I的吸气入口导入燃气涡轮发动机GT内。工作气体Gl在压缩机I被压缩，该高压的压缩气体G2输送至主燃烧器3。压缩气体G2通过主燃烧器3的钼或钯等催化剂进行的催化反应而燃烧，将由此产生的高温/高压的燃烧气体G3供给涡轮5，而驱动涡轮5。在主燃烧器3的入口设置有温度传感器13。
[0026]涡轮5通过旋转轴15与压缩机I及发电机11连接，通过涡轮5来驱动压缩机I及发电机11。作为发电机11，使用感应发电机。该发电机11通过构成发电设备S的功率转换装置17与外部电力系统19连接。该功率转换装置17内置将直流电与交流电相互转换的电路，在发电机11与电力系统19之间进行双向电力供给。
[0027]热交换器7利用来自涡轮5的涡轮废气G4，对从压缩机I导入主燃烧器3的压缩气体G2加热。来自压缩机I的压缩气体G2通过压缩气体通路21输送至热交换器7，在这里被加热后，通过高温压缩气体通路25输送至主燃烧器3。经过主燃烧器3及涡轮5的涡轮废气G4，通过涡轮废气通路29流入热交换器7。从热交换器7流出的废气G5通过没有图不的消声器消声后，向外部排放。
[0028]此外，燃气涡轮发动机GT除了具备主燃烧器3以外，还具备辅助燃烧器39。辅助燃烧器39从燃气涡轮发动机GT启动时开始直至主燃烧器3达到规定的工作温度，例如达到400°C，向热交换器7供给高温的燃烧气体，对热交换器7进行暖机。在对辅助燃烧器39从专用的燃料供给路径41供给燃料(本实施方式中为CMM)的同时，由从压缩气体通路21分支设置的启动用抽气路径45供给空气。
[0029]在具有这样结构的发电设备S上设置转速控制电路51，该转速控制电路51对燃气涡轮发动机GT，通过功率转换装置17来控制发电机11的转速，由此来进行发动机的转速控制。该转速控制电路51内置有进行燃气涡轮发动机GT整体控制的控制器53。
[0030]图2示意性地表示通过本实施方式的功率转换装置17进行的燃气涡轮发动机GT的转速控制的原理。功率转换装置17由与发电机11侧连接的逆变器55和与外部电力系统19侧连接的整流器57构成。在燃气涡轮发动机GT启动时，发电机11通过功率转换装置17接受来自外部电力系统19的电力供给，作为电动机发挥作用，进行燃气涡轮发动机GT的暖机运转。
[0031]在暖机运转中，如果转速提高过度，则流入主燃烧器3的气体流量过剩，主燃烧器3的温度降低，因此必须将其维持在规定的暖机运转转速。因此，在暖机运转时，通过功率转换装置17来控制发电机11的转速，由此，如图3所示，控制燃气涡轮发动机GT的转速维持在低于额定转速的暖机运转时转速Rs (在本例中为额定转速的65% )。在暖机运转期间，向图1的辅助燃烧器39供给燃料，向热交换器7供给高温的燃烧气体，对热交换器7暖机。持续暖机运转，直至主燃烧器7的温度达到规定的值。
[0032]在由温度传感器13测定的主燃烧器7的入口温度达到规定的工作温度，例如达到400°C后，停止辅助燃烧器39的运转，燃气涡轮发动机GT过渡至图3所示的稳定运转。即，可以得到从燃气涡轮发动机GT对发电机11的充分的输出，发电机11变成发电状态，通过功率转换装置17向外部电力系统19供给电力。在该稳定运转状态下，通过控制功率转换装置17的逆变器55，使发电机11的转速提高，由此使燃气涡轮发动机GT的转速提高。
[0033]由于在燃气涡轮发动机GT过渡至稳定运转后，供给主燃烧器3的压缩气体G2的流量也根据转速而发生变化，因此主燃烧器3的温度也发生变化，为了将主燃烧器3的入口温度维持在规定的工作温度，通过转速控制电路51来控制燃气涡轮发动机GT的转速。SP，根据燃气涡轮发动机GT的运转状态来进行控制，使其以低于额定转速的转速运转。这样，由于通过使用转速控制电路51控制发电机11的转速，来控制燃气涡轮发动机GT的转速，因此不受外部电力系统19的频率的限制，能够进行以将主燃烧器3的温度维持在规定值为优先的燃气涡轮发动机GT的转速控制。
[0034]此外，在燃气涡轮发动机GT运转结束后，为了消除旋转轴15的弯曲(弯曲变形)，必须进行使旋转轴15以非常低的旋转速度长时间(例如10小时)旋转的盘车，但在本实施方式中，能够通过由功率转换装置17进行的转速控制，来进行盘车。因此，能够省略以往设置的盘车用小型马达。
[0035]这样，根据本实施方式的燃气涡轮发动机GT的转速控制方法，由于利用功率转换装置17，能够不受外部电力系统19的频率的限制而控制燃气涡轮发动机GT的转速，因此能够将难以通过燃料流量控制进行转速控制的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的主燃烧器3，维持在必要的规定温度。由此，能够使贫燃料燃气涡轮发动机稳定运转。
[0036]另外，在本实施方式中，作为贫燃料吸入型的燃气涡轮发动机GT，说明了将催化燃烧器用于主燃烧器3的例子，但本发明也能够适用于使用其他种类的燃烧器的情况。
[0037]如上所述，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种补充、改变或删除。因此，这样的补充、改变及删除也包含在本发明的范围内。
[0038]附图标记说明
[0039]I压缩机
[0040]3主燃烧器
[0041]5 涡轮
[0042]7热交换器
[0043]11发电机
[0044]15旋转轴
[0045]17功率转换装置
[0046]19外部电力系统
[0047]39辅助燃烧器
[0048]51转速控制电路
[0049]GT燃气涡轮发动机
[0050]S燃气涡轮发电设备
【权利要求】
1.一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法，将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，来驱动发电机， 使功率转换装置夹在外部的电力系统与所述发电机之间，通过该功率转换装置控制所述发电机的转速，由此来控制该燃气涡轮发动机的转速。
2.根据权利要求1所述的运转方法，其特征在于，在所述燃气涡轮发动机上设置主燃烧器、热交换器和辅助燃烧器； 所述主燃烧器使由压缩机压缩的压缩气体燃烧，供给涡轮； 所述热交换器将来自所述涡轮的废气作为加热介质，对所述压缩气体加热； 所述辅助燃烧器从所述燃气涡轮发动机启动时至所述主燃烧器达到规定温度，对所述热交换器暖机； 在所述燃烧器的温度达到规定值为止的暖机运转状态下，将所述燃气涡轮发动机的转速控制在低于额定转速的暖机运转时转速。
3.根据权利要求2所述的运转方法，其特征在于，在所述燃烧器的温度达到所述规定值后，停止所述辅助燃烧器的运转，使所述燃气涡轮发动机的转速提高，过渡至稳定运转状态；在该稳定运转状态下，通过控制所述发电机的转速，将所述主燃烧器的入口温度维持在规定的工作温度。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的运转方法，其特征在于，在燃气涡轮发动机稳定运转结束后，进行使燃气涡轮发动机以低于规定值的转速旋转的盘车运转。
5.一种燃气涡轮发电设备，具备燃气涡轮发动机、发电机、功率转换装置和转速控制电路； 所述燃气涡轮发动机将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料； 所述发电机通过旋转轴与所述贫燃料吸入燃气涡轮发动机连接，由该发动机驱动； 所述功率转换装置夹在所述发电机与外部的电力系统之间； 所述转速控制电路通过所述功率转换装置来控制所述发电机的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机的转速。
【文档编号】F01D15/10GK103998723SQ201280062648
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2011年12月22日
【发明者】松尾和也, 吉原丈裕, 古贺毅, 驹居智之, 山崎义弘, 梶田真市 申请人:川崎重工业株式会社
【专利摘要】本发明提供一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法，该方法通过对难以通过燃料流量控制来进行转速控制的贫燃料吸入燃气涡轮发动机转速进行控制，使贫燃料吸入燃气涡轮发动机稳定运转。在将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，来驱动发电机的贫燃料吸入燃气涡轮发动机(GT)的运转方法中，使功率转换装置(17)夹在外部的电力系统(19)与所述发电机(11)之间，通过该功率转换装置(17)控制所述发电机(11)的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机(GT)的转速。
【专利说明】贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法及燃气涡轮发电设备
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2011年12月22日申请的日本专利申请2011-280949的优先权，将其全部内容以参照的方式引入作为本申请的一部分。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种控制贫燃料吸入燃气涡轮发动机转速的方法，所述贫燃料吸入燃气涡轮发动机将在煤矿产生的CMM(Coal Mine Methane ;煤矿甲烷)、VAM(Ventilation AirMethane ;煤矿通风甲烷)等低热量气体用作燃料。
【背景技术】
[0004]已提出一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机，其将在煤矿产生的CMM与VAM或空气进行混合等，吸入发动机，使所含的可燃成分在催化燃烧器燃烧(例如，参照专利文献I)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利公开2010-019247号公报
【发明内容】
[0008](一 )要解决的技术问题
[0009]在这样的利用催化燃烧器的燃气涡轮发动机中，为了使燃烧器不发生失火而稳定地持续运转，必须将燃烧器的入口温度保持在反应温度以上。如果发动机的转速过高，则由于流入燃烧器的气体的流量增大，变得不能维持燃烧器的入口温度，因此控制发动机转速是重要的。但是，在使用贫燃料的燃气轮机中，由于燃料浓度不稳定，难以根据燃料流量进行转速控制，因此必须通过其他方法控制转速。
[0010]因此，为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法及使用该方法的燃气涡轮发电设备，所述方法通过对难以通过燃料流量控制来进行转速控制的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的转速进行控制，使贫燃料吸入燃气涡轮发动机稳定运转。
[0011](二)技术方案
[0012]为了实现上述目的，本发明的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法是将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，来驱动发电机的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法，使功率转换装置夹在外部的电力系统与所述发电机之间，通过该功率转换装置控制所述发电机的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机的转速。
[0013]根据该结构，能够不受不稳定的贫燃料的燃料浓度或外部电力系统频率的影响，而控制燃气涡轮发动机的转速。由此，能够将燃烧器温度维持在适合的值，使贫燃料燃气涡轮发动机稳定地运转。[0014]在本发明的一个实施方式的运转方法中，优选地，在所述燃气涡轮发动机上设置主燃烧器、热交换器和辅助燃烧器，所述主燃烧器使由压缩机压缩的压缩气体燃烧，供给涡轮，所述热交换器将来自所述涡轮的废气作为加热介质，对所述压缩气体加热，所述辅助燃烧器从所述燃气涡轮发动机启动时至所述主燃烧器达到规定温度，对所述热交换器暖机；在所述燃烧器的温度达到规定值为止的暖机运转状态下，将所述燃气涡轮发动机的转速控制在低于额定转速的暖机运转时转速。根据该结构，根据该结构，无需为暖机运转增加如启动马达那样的驱动装置，能够以简单的结构控制发动机的转速，维持燃烧器的温度。
[0015]在本发明的一个实施方式的运转方法中，优选地，在所述燃烧器的温度达到所述规定值后，停止所述辅助燃烧器的运转，使所述燃气涡轮发动机的转速提高，过渡至稳定运转状态；在该稳定运转状态下，通过控制所述发电机的转速，将所述主燃烧器的入口温度维持在规定的工作温度。根据该结构，即使在稳定运转时，也不受外部电力系统频率的限制，能够进行以维持主燃烧器温度为优先的转速控制。
[0016]在权利要求1至3中任意一项所述的运转方法中，优选地，在燃气涡轮发动机稳定运转结束后，进行使燃气涡轮发动机以低于规定值的转速旋转的盘车运转(夕一- 運転)。根据该结构，无需为盘车运转增加马达，能够以简单的结构控制发动机的转速，防止运转结束后旋转轴的弯曲。
[0017]本发明的燃气涡轮发电设备具备燃气涡轮发动机、发电机、功率转换装置和转速控制电路，所述燃气涡轮发动机将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，所述发电机通过旋转轴与所述贫燃料吸入燃气涡轮发动机连接，由该发动机驱动，所述功率转换装置夹在所述发电机与外部的电力系统之间，所述转速控制电路通过所述功率转换装置来控制所述发电机的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机的转速。根据该发电设备，能够不受不稳定的贫燃料的燃料浓度或外部电力系统频率的影响，而控制燃气涡轮发动机的转速。由此，能够将燃烧器温度维持在适合的值，使贫燃料燃气涡轮发动机稳定地运转。
[0018]权利要求书和/或说明书和/或说明书附图所公开的至少两种结构的任意组合，均包含在本发明中。特别是权利要求书的各权利要求的两项以上的任意组合，也包含在本发明中。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过参照附图对以下适宜的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本发明。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图上相同附图标记表示相同或与其相当的部分。
[0020]图1是表示本发明的一个实施方式的燃气涡轮发电设备的简要结构的方框图。
[0021]图2是表示图1的发电设备的工作原理的模式图。
[0022]图3是表示图1的发电设备的燃气涡轮发动机的转速控制的例子的图表。
【具体实施方式】
[0023]下面参照【专利附图】
【附图说明】本发明的优选实施方式。图1是表示成为本发明的一个实施方式的运转方法的运转对象的燃气涡轮发动机GT的简要结构图。该燃气涡轮发动机GT具有压缩机1、主燃烧器3、涡轮5及热交换器7作为主要结构单元。由燃气涡轮发动机GT和通过该燃气涡轮发动机GT的输出而驱动的发电机11构成燃气涡轮发电设备S(以下称为“发电设备”)。
[0024]本实施方式的燃气涡轮发动机GT作为如下所述的贫燃料吸入燃气涡轮发动机而构成，其将在煤矿产生的CMM(Coal Mine Methane ;煤矿甲烷)等低热量气体与空气或从煤矿排出的VAM(Ventilation Air Methane ;煤矿通风甲烧)混合,吸入发动机，将所含的可燃成分用作燃料；主燃烧器3作为含有钼或钯等催化剂的催化燃烧器而构成。
[0025]作为该燃气涡轮发动机GT所使用的低热量气体，将在煤矿产生的VAM与可燃成分(甲烷)浓度高于VAM的CMM这样的两种不同燃料浓度的燃料气体混合而得到工作气体G1，将该工作气体Gl从压缩机I的吸气入口导入燃气涡轮发动机GT内。工作气体Gl在压缩机I被压缩，该高压的压缩气体G2输送至主燃烧器3。压缩气体G2通过主燃烧器3的钼或钯等催化剂进行的催化反应而燃烧，将由此产生的高温/高压的燃烧气体G3供给涡轮5，而驱动涡轮5。在主燃烧器3的入口设置有温度传感器13。
[0026]涡轮5通过旋转轴15与压缩机I及发电机11连接，通过涡轮5来驱动压缩机I及发电机11。作为发电机11，使用感应发电机。该发电机11通过构成发电设备S的功率转换装置17与外部电力系统19连接。该功率转换装置17内置将直流电与交流电相互转换的电路，在发电机11与电力系统19之间进行双向电力供给。
[0027]热交换器7利用来自涡轮5的涡轮废气G4，对从压缩机I导入主燃烧器3的压缩气体G2加热。来自压缩机I的压缩气体G2通过压缩气体通路21输送至热交换器7，在这里被加热后，通过高温压缩气体通路25输送至主燃烧器3。经过主燃烧器3及涡轮5的涡轮废气G4，通过涡轮废气通路29流入热交换器7。从热交换器7流出的废气G5通过没有图不的消声器消声后，向外部排放。
[0028]此外，燃气涡轮发动机GT除了具备主燃烧器3以外，还具备辅助燃烧器39。辅助燃烧器39从燃气涡轮发动机GT启动时开始直至主燃烧器3达到规定的工作温度，例如达到400°C，向热交换器7供给高温的燃烧气体，对热交换器7进行暖机。在对辅助燃烧器39从专用的燃料供给路径41供给燃料(本实施方式中为CMM)的同时，由从压缩气体通路21分支设置的启动用抽气路径45供给空气。
[0029]在具有这样结构的发电设备S上设置转速控制电路51，该转速控制电路51对燃气涡轮发动机GT，通过功率转换装置17来控制发电机11的转速，由此来进行发动机的转速控制。该转速控制电路51内置有进行燃气涡轮发动机GT整体控制的控制器53。
[0030]图2示意性地表示通过本实施方式的功率转换装置17进行的燃气涡轮发动机GT的转速控制的原理。功率转换装置17由与发电机11侧连接的逆变器55和与外部电力系统19侧连接的整流器57构成。在燃气涡轮发动机GT启动时，发电机11通过功率转换装置17接受来自外部电力系统19的电力供给，作为电动机发挥作用，进行燃气涡轮发动机GT的暖机运转。
[0031]在暖机运转中，如果转速提高过度，则流入主燃烧器3的气体流量过剩，主燃烧器3的温度降低，因此必须将其维持在规定的暖机运转转速。因此，在暖机运转时，通过功率转换装置17来控制发电机11的转速，由此，如图3所示，控制燃气涡轮发动机GT的转速维持在低于额定转速的暖机运转时转速Rs (在本例中为额定转速的65% )。在暖机运转期间，向图1的辅助燃烧器39供给燃料，向热交换器7供给高温的燃烧气体，对热交换器7暖机。持续暖机运转，直至主燃烧器7的温度达到规定的值。
[0032]在由温度传感器13测定的主燃烧器7的入口温度达到规定的工作温度，例如达到400°C后，停止辅助燃烧器39的运转，燃气涡轮发动机GT过渡至图3所示的稳定运转。即，可以得到从燃气涡轮发动机GT对发电机11的充分的输出，发电机11变成发电状态，通过功率转换装置17向外部电力系统19供给电力。在该稳定运转状态下，通过控制功率转换装置17的逆变器55，使发电机11的转速提高，由此使燃气涡轮发动机GT的转速提高。
[0033]由于在燃气涡轮发动机GT过渡至稳定运转后，供给主燃烧器3的压缩气体G2的流量也根据转速而发生变化，因此主燃烧器3的温度也发生变化，为了将主燃烧器3的入口温度维持在规定的工作温度，通过转速控制电路51来控制燃气涡轮发动机GT的转速。SP，根据燃气涡轮发动机GT的运转状态来进行控制，使其以低于额定转速的转速运转。这样，由于通过使用转速控制电路51控制发电机11的转速，来控制燃气涡轮发动机GT的转速，因此不受外部电力系统19的频率的限制，能够进行以将主燃烧器3的温度维持在规定值为优先的燃气涡轮发动机GT的转速控制。
[0034]此外，在燃气涡轮发动机GT运转结束后，为了消除旋转轴15的弯曲(弯曲变形)，必须进行使旋转轴15以非常低的旋转速度长时间(例如10小时)旋转的盘车，但在本实施方式中，能够通过由功率转换装置17进行的转速控制，来进行盘车。因此，能够省略以往设置的盘车用小型马达。
[0035]这样，根据本实施方式的燃气涡轮发动机GT的转速控制方法，由于利用功率转换装置17，能够不受外部电力系统19的频率的限制而控制燃气涡轮发动机GT的转速，因此能够将难以通过燃料流量控制进行转速控制的贫燃料吸入燃气涡轮发动机的主燃烧器3，维持在必要的规定温度。由此，能够使贫燃料燃气涡轮发动机稳定运转。
[0036]另外，在本实施方式中，作为贫燃料吸入型的燃气涡轮发动机GT，说明了将催化燃烧器用于主燃烧器3的例子，但本发明也能够适用于使用其他种类的燃烧器的情况。
[0037]如上所述，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种补充、改变或删除。因此，这样的补充、改变及删除也包含在本发明的范围内。
[0038]附图标记说明
[0039]I压缩机
[0040]3主燃烧器
[0041]5 涡轮
[0042]7热交换器
[0043]11发电机
[0044]15旋转轴
[0045]17功率转换装置
[0046]19外部电力系统
[0047]39辅助燃烧器
[0048]51转速控制电路
[0049]GT燃气涡轮发动机
[0050]S燃气涡轮发电设备
【权利要求】
1.一种贫燃料吸入燃气涡轮发动机的运转方法，将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料，来驱动发电机， 使功率转换装置夹在外部的电力系统与所述发电机之间，通过该功率转换装置控制所述发电机的转速，由此来控制该燃气涡轮发动机的转速。
2.根据权利要求1所述的运转方法，其特征在于，在所述燃气涡轮发动机上设置主燃烧器、热交换器和辅助燃烧器； 所述主燃烧器使由压缩机压缩的压缩气体燃烧，供给涡轮； 所述热交换器将来自所述涡轮的废气作为加热介质，对所述压缩气体加热； 所述辅助燃烧器从所述燃气涡轮发动机启动时至所述主燃烧器达到规定温度，对所述热交换器暖机； 在所述燃烧器的温度达到规定值为止的暖机运转状态下，将所述燃气涡轮发动机的转速控制在低于额定转速的暖机运转时转速。
3.根据权利要求2所述的运转方法，其特征在于，在所述燃烧器的温度达到所述规定值后，停止所述辅助燃烧器的运转，使所述燃气涡轮发动机的转速提高，过渡至稳定运转状态；在该稳定运转状态下，通过控制所述发电机的转速，将所述主燃烧器的入口温度维持在规定的工作温度。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的运转方法，其特征在于，在燃气涡轮发动机稳定运转结束后，进行使燃气涡轮发动机以低于规定值的转速旋转的盘车运转。
5.一种燃气涡轮发电设备，具备燃气涡轮发动机、发电机、功率转换装置和转速控制电路； 所述燃气涡轮发动机将低浓度甲烷气体中所含的可燃成分用作燃料； 所述发电机通过旋转轴与所述贫燃料吸入燃气涡轮发动机连接，由该发动机驱动； 所述功率转换装置夹在所述发电机与外部的电力系统之间； 所述转速控制电路通过所述功率转换装置来控制所述发电机的转速，由此来控制所述燃气涡轮发动机的转速。
【文档编号】F01D15/10GK103998723SQ201280062648
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2011年12月22日
【发明者】松尾和也, 吉原丈裕, 古贺毅, 驹居智之, 山崎义弘, 梶田真市 申请人:川崎重工业株式会社
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