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公開番号2025023369
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-17
出願番号2023127430
出願日2023-08-04
発明の名称ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン改造方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類F02C 9/40 20060101AFI20250207BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】フラッシュバックの誤検知を防止する。
【解決手段】ガスタービン制御装置は、第1燃料及び第2燃料を、燃焼用空気と混合燃焼可能な燃焼器と、燃焼用空気の少なくとも一部を、燃焼器の下流側空間にバイパスして供給可能なバイパス路と、バイパス路に設けられたバイパス弁とを備えるガスタービンを制御対象とする。ガスタービン制御装置は、ガスタービンの負荷が増加するに従って、第2燃料の混焼率を増加するように制御するとともに、混焼率に基づいて、バイパス弁の開度を制御する。バイパス弁の開度制御は、ガスタービンの負荷に反比例して開度を減少させた場合にバイパス弁が全閉状態になる第1負荷より小さい第2負荷において、バイパス弁が全閉状態になるように、バイパス弁の開度を制御するように行われる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１燃料、及び、前記第１燃料よりも単位体積当たりの熱量が低い第２燃料を含む混合燃料を、燃焼用空気と混合して燃焼可能な燃焼器と、
前記燃焼用空気の少なくとも一部を、前記燃焼器の下流側空間にバイパスして供給可能なバイパス路と、
前記バイパス路に設けられたバイパス弁と、
を備えるガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
前記ガスタービンの負荷が増加するに従って、前記第２燃料の混焼率を増加するように制御する混焼率制御部と、
前記混焼率に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御するためのバイパス弁制御部と、
を備え、
前記バイパス弁制御部は、前記混焼率が第１閾値より大きい場合に、前記バイパス弁を全閉状態に制御する、ガスタービン制御装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１閾値は、前記ガスタービンの定格運転時に対応する最大混焼率より小さい、請求項１に記載のガスタービン制御装置。
【請求項３】
前記第１閾値はゼロ％である、請求項２に記載のガスタービン制御装置。
【請求項４】
前記バイパス弁制御部は、前記ガスタービンの負荷が増加するに従って前記開度を減少させた場合に、前記第１閾値に対応する第１負荷より大きい負荷範囲において、前記バイパス弁を全閉状態に制御する、請求項１又は２に記載のガスタービン制御装置。
【請求項５】
前記バイパス弁制御部は、
前記ガスタービンの負荷が前記第１負荷より小さい第２負荷以下である場合に、前記バイパス弁の開度を、前記ガスタービンの負荷の増加に対して第１レートで減少するように制御し、
前記ガスタービンの負荷が前記第２負荷以上であり、且つ、前記第１負荷以下である場合に、前記バイパス弁の開度を、前記ガスタービンの.負荷の増加に対して前記第１レートより大きな第２レートで減少するように制御する、請求項４に記載のガスタービン制御装置。
【請求項６】
前記混焼率が少なくとも前記第１閾値より大きい場合、前記燃焼器が備える複数の燃料噴射ノズルに対する前記混合燃料の分配率を変更する、請求項１又は２に記載のガスタービン制御装置。
【請求項７】
前記燃焼器によって生成された燃焼ガスの温度をタービン後方段翼の下流側の位置で検知するための温度センサと、
前記温度に基づいて、前記燃焼器におけるフラッシュバックの発生を判定するためのフラッシュバック判定部と、
を備える、請求項１又は２に記載のガスタービン制御装置。
【請求項８】
第１燃料、及び、前記第１燃料よりも単位体積当たりの熱量が低い第２燃料を含む混合燃料を、燃焼用空気と混合して燃焼可能な燃焼器と、
前記燃焼用空気の少なくとも一部を、前記燃焼器の下流側空間にバイパスして供給可能なバイパス路と、
前記バイパス路に設けられたバイパス弁と、
を備えるガスタービンを制御するためのガスタービン制御方法であって、
前記ガスタービンの負荷が増加するに従って、前記第２燃料の混焼率を増加するように制御する工程と、
前記混焼率に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御する工程と、
を備え、
前記バイパス弁を制御する工程では、前記混焼率が第１閾値より大きい場合に、前記バイパス弁を全閉状態に制御する、ガスタービン制御方法。
【請求項９】
第１燃料を、燃焼用空気と混合して燃焼可能な燃焼器と、
前記燃焼用空気の少なくとも一部を、前記燃焼器の下流側空間にバイパスして供給可能なバイパス路と、
前記バイパス路に設けられたバイパス弁と、
を備え、
前記ガスタービンの負荷に基づいて前記バイパス弁の開度が制御される専焼運転モードを実施可能なガスタービンを改造するためのガスタービン改造方法であって、
前記第１燃料、及び、前記第１燃料よりも単位体積当たりの熱量が低い第２燃料を含む混合燃料を、前記燃焼器で前記燃焼用空気と混合して燃焼し、前記第２燃料の混焼率が第１閾値より大きい場合に、前記バイパス弁が全閉状態に制御される混焼運転モードを、前記専焼運転モードと切替可能に改造する、ガスタービン改造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン改造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば火力発電プラントでは、発電機を駆動するためのタービンとして、燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスで駆動されるガスタービンが用いられる。この種のガスタービンは、燃料を燃焼させるための燃焼器を備えており、ガスタービンの負荷に応じて、燃焼器に対する燃料の供給量を可変に制御する。例えば、ガスタービンの負荷が低い運転状態では、燃焼器に対する燃料の供給量が少なくなるため、燃焼領域における燃料と燃焼用空気との比（燃空比）が低下し、燃焼効率が悪化しやすい。
【０００３】
このような課題に対して特許文献１では、ガスタービンの低負荷運転時に、燃焼器に供給される燃焼用空気の一部を、バイパス弁を介して燃焼器の下流側空間にバイパスさせることにより、燃空比を高く保つことで保炎性を確保し、燃焼効率の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００１－１２４３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年の火力発電プラントでは、地球温暖化の原因となる二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を削減する手段として、発電効率の向上や化石燃料以外の水素などの燃料を積極的に利用することが検討されている。二酸化炭素の排出量を削減するためには、天然ガスのような第１燃料に対して、単位体積当たりの熱量が比較的低い第２燃料（水素）の混焼率を高めることが望ましい。しかし、水素は着火エネルギーが小さく、燃焼速度が速いため、水素の混焼率を高めると、フラッシュバック（火炎の逆流）等を生じる可能性が高まってしまう。
【０００６】
ガスタービンで発生するフラッシュバックは、タービンを通過した燃焼ガスの温度であるブレードパス温度（ＢＰＴ：ＢｌａｄｅＰａｓｓａｇｅＴｅｍｐａｒａｔｕｒｅ）のトレンド変化により検知可能である。このブレードパス温度は、例えば、燃焼器の下流側に設置された熱電対のような温度センサによって測定される。
【０００７】
ここで上記特許文献１のように、ガスタービンの負荷が比較的低い場合に、バイパス弁を介して燃焼器の下流側空間に燃焼用空気の一部をバイパスさせると、燃焼器の下流側空間における流入状態が変化することにより、当該空間における熱分布（特に、温度が高くなるホットスポットの位置）が変動する。これは、前述のように設置された温度センサによるブレードパス温度の測定結果に影響を及ぼし、ブレードパス温度の測定結果に基づいてフラッシュバックの発生を誤検知してしまうおそれがある。
【０００８】
本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、フラッシュバックの誤検知を防止可能なガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及び、ガスタービン改造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】
【０００９】
本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン制御装置は、上記課題を解決するために、
第１燃料、及び、前記第１燃料よりも単位体積当たりの熱量が低い第２燃料を含む混合燃料を、燃焼用空気と混合して燃焼可能な燃焼器と、
前記燃焼用空気の少なくとも一部を、前記燃焼器の下流側空間にバイパスして供給可能なバイパス路と、
前記バイパス路に設けられたバイパス弁と、
を備えるガスタービンを制御するためのガスタービン制御装置であって、
前記ガスタービンの負荷が増加するに従って、前記第２燃料の混焼率を増加するように制御する混焼率制御部と、
前記混焼率に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御するためのバイパス弁制御部と、
を備え、
前記バイパス弁制御部は、前記混焼率が第１閾値より大きい場合に、前記バイパス弁を全閉状態に制御する。
【００１０】
本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン制御方法は、上記課題を解決するために、
第１燃料、及び、前記第１燃料よりも単位体積当たりの熱量が低い第２燃料を含む混合燃料を、燃焼用空気と混合して燃焼可能な燃焼器と、
前記燃焼用空気の少なくとも一部を、前記燃焼器の下流側空間にバイパスして供給可能なバイパス路と、
前記バイパス路に設けられたバイパス弁と、
を備えるガスタービンを制御するためのガスタービン制御方法であって、
前記ガスタービンの負荷が増加するに従って、前記第２燃料の混焼率を増加するように制御する工程と、
前記混焼率に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御する工程と、
を備え、
前記バイパス弁を制御する工程では、前記混焼率が第１閾値より大きい場合に、前記バイパス弁を全閉状態に制御する。
（【００１１】以降は省略されています）

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