[发明专利]燃气轮机系统和燃气轮机控制方法

说明书

本申请是申请号为“200410087775.3”，申请日为2004年10月28日，发明名称为“燃气轮机控制装置，燃气轮机系统和燃气轮机控制方法”之申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种进行控制以抑制燃烧波动的燃气轮机控制装置，还涉及一种使用燃气轮机控制装置的燃气轮机系统和基于同一概念的燃气轮机控制方法。

背景技术

在现有技术的燃气轮机中，提供到燃烧室的空气和燃料的流率是根据发电机的输出、大气的温度和湿度等预先决定的，并且利用这些决定的值实施燃气轮机的操作。但是，由于诸如压缩机性能降低、过滤器堵塞之类的老化损坏，存在着燃料和空气的实际流率偏离试验操作时的计划值或调节值的可能性。在这种情况下，存在着燃烧稳定性降低或产生燃烧波动的可能性。如果发生燃烧波动，那么会极大地妨碍燃气轮机的操作。也就是说，从工厂设施的维护和提高工厂的有效性的观点看，十分希望尽可能地抑制和避免燃烧波动。因此，为了保持燃烧稳定性和避免燃烧波动，熟练的操作人员每年要进行数次控制系统的调节，以便确认和维持燃烧稳定性，这导致了维修成本增加和有效性降低。

专利文献1(日本专利申请公开1997-269107)披露一种燃烧室的燃烧波动抑制设备及其方法。

这种燃烧室的燃烧波动抑制设备包括一个燃烧波动抑制部分。燃烧波动抑制部分包括一个执行燃烧室中压力传感器检测的燃气压力波动的频率分析的频率分析设备，一个根据频率分析设备分析的压力波动的频带处理波动稳定性的中央计算和处理单元，一个放大中央计算和处理单元的输出信号的电压放大器，和一个通过将放大的输出信号作为阀门打开和关闭信号提供到燃料阀而执行控制的控制部分。

这种波动抑制方法着眼于低频燃烧波动。也就是说，根据燃烧波动发生时的燃料与空气比，预测燃烧波动的频率。在低频燃烧波动的情况下，通过改变燃料与空气比，可以抑制低频燃烧波动的发生。由于低频燃烧波动有可能影响机器部件和组件，通过抑制低频燃烧波动，抑制了机器部件和组件的损坏。

但是，如上所述，专利文献1的燃烧波动抑制方法涉及低频燃烧波动。实际上由于各种原因，可以造成在燃气轮机中产生从低频到数千Hz的高频的大范围频带的燃烧波动。此外，可以同时在多个频带中产生燃烧波动。如果，仅根据低频带的燃烧波动改变燃料与空气比，那么可能对其它频带的燃烧波动造成不良影响。

以这种方式，通过仅仅简单地抑制低频的燃烧波动，难于有效地实现燃烧稳定性。

顺便说一下，燃烧波动抑制措施经常是刚好在燃烧波动产生之后执行控制以便避免燃烧波动的这样一种装置。因此，即使正在进行没有燃烧波动的稳定操作，由于其中使用了各种燃烧波动抑制装置，这种稳定状态可能包括一种几乎要发生燃烧波动的边界状态。

由于季节变化而空气温度或湿度相应地改变，或由于老化损坏而导致每个燃气轮机部件和组件的相应损坏或变形，等等，那么即使诸如空气温度或湿度之类的外部条件相同，燃烧状态也不会总是相同的。

此外，从经济观点看，进行没有燃烧波动的稳定操作的状态可能并不总是最好的。例如，专利文献2(日本专利申请公开2003-232230)中，为了将燃烧室排出的氮氧化物排放降低到目标水平，要对提供到多个燃烧室中每个燃烧室中的燃料进行控制。在这种方式中，优选是根据从包括不仅抑制燃烧波动而且也抑制排放等的各种不同观点平衡的条件，实施燃气轮机操作的控制。

但是，在这种情况下，在燃气轮机的控制中，仍然存在着提高稳定性、操作的经济性、环境保护性能等的大的空间。

发明内容

考虑到上述技术问题，本发明的一个目的是要提供一种即使在多个频带产生燃烧波动时也能有效地抑制燃烧波动的燃气轮机控制装置。

本发明的另一个目的是要提供一种在抑制燃烧波动的同时也能够进行稳定性、操作的经济性、和环境保护性能优秀的操作的燃气轮机控制装置。

出于上述目的，发明人进行了广泛的研究，并且提出了包括专利文献3至5(即，日本专利申请公开2002-47945，2002-54460和2003-65082)在内的多个建议。

在这些建议中，为了实现燃烧稳定性，披露了以下措施，即，对燃气轮机燃烧室中的压力波动进行频率分析，和将这种分析的结果划分成多个频带，以便在燃烧波动到达某个阈值或高于该阈值的频带中调节燃料与空气比，从而抑制燃烧波动，或根据得到的数据，建立一个公式模型，以便预报可能产生燃烧波动的区域。

根据上述这些建议，本发明致力于通过以下措施以获得进一步的改进：