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CN108397291A - 利用湿气燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用湿气燃气轮机，其能缩短起动时间，且抑制涡轮叶片的热负载增加。本发明的利用湿气燃气轮机具备压缩机、燃烧器、涡轮、回收涡轮排气热量而生成高温湿气的排热回收装置、设置有燃料流量控制阀的燃料供给系统、获取驱动涡轮而排出的排气的温度的排气温度获取部、计算燃烧气体所包含的湿气的比例的燃烧气体湿气比例计算部、根据燃烧气体湿气比例与压力比设定排气温度上限值的排气温度上限计算部、计算排气温度上限值与排气温度的差异的排气温度差异计算部、使用排气温度的差异计算燃料流量指令值的燃料流量指令值计算部及基于由燃料流量指令值选择部选择的指令值向燃料流量控制阀输出指令信号的控制指令值输出部。

Description

利用湿气燃气轮机
技术领域
本发明涉及利用湿气燃气轮机。
背景技术
作为燃气轮机的一种有增加包含于燃烧用空气中的湿气并提高输出、效率的利用湿气燃气轮机(参照专利文献1等)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2004-308596号公报
近年来，存在使用风力发电、太阳能发电所代表的可再生能源的发电设备增加的倾向。从可再生能源中得到的发电量由于根据季节、气候等而变动，因此使用燃气轮机发电设备使系统电力稳定化。伴随可再生能源的发电量增加，发电量的变动幅度也增加，在燃气轮机发电设备中为了使系统电力稳定化，谋求起动时间的缩短(高速起动)。可是，在利用涡轮排气的热量产生高温湿气而增加压缩空气湿度的方式的利用湿气燃气轮机中，在以预定的负载等待湿气的产生之后提高负载的起动方法中，相比于标准的燃气轮机起动时间变长。
另外，利用湿气燃气轮机由于相比于标准的燃气轮机燃烧气体(涡轮入口气体)的比热、热传导率变大，因此若以与标准的燃气轮机相同的燃烧温度进行运用，则存在涡轮叶片的热负载增加而导致短寿命化和损伤的产生的情况。作为一般性的抑制涡轮叶片的热负载增加的方法，有以涡轮的排气温度不超过设定值的方式控制、燃烧气体温度不超过限制值的方法。关于利用湿气燃气轮机，在专利文献1中，以在向压缩空气供给湿气时测量涡轮的排气温度、排气温度维持在预定的最合适温度范围内的方式控制燃料流量。可是，在利用湿气燃气轮机中，若包含于压缩气体中的湿气量增加、包含于燃烧气体中的湿气量增加则燃烧气体的比热、热传导率也会增加，因此存在涡轮叶片的热负载增加的可能性。在专利文献1中，由于关于通过包含于燃烧气体中的湿气量增加而增加燃烧气体的比热、热传导率没有考虑，因此即使以排气温度为预定的最适温度范围内的方式进行排气温度控制，也会存在因包含于燃烧气体中的湿气量增加而燃烧气体超过限制值、涡轮叶片的热负载增加而超过允许值的可能性。
发明内容
本发明鉴于上述内容，其目的在于提供一种能够缩短起动时间、且抑制涡轮叶片的热负载的增加的利用湿气燃气轮机。
为了实现上述目的，涉及本发明的利用湿气燃气轮机特征为：具备计算(获取)燃烧气体所包含的湿气比例(燃烧气体湿气比例)的燃烧气体湿气比例计算器、根据上述燃烧气体湿气比例与压力比设定排气温度上限值的排气温度上限计算部、计算排气温度与上述排气温度上限值的差异的排气温度差异计算部，在现有的控制方法中的排气温度差异的计算部上使用上述排气温度差异计算部控制燃料供给系统的燃料流量。
本发明的效果如下。
根据本发明能够提供一种能缩短起动时间、且抑制涡轮叶片的热负载增加的利用湿气气轮机。
附图说明
图1是表示涉及本发明的一实施方式的湿存水燃气轮机发电设备的一构成例的图。
图2是涉及本发明的一实施方式的控制装置的方框图。
图3是表示排气温度控制线的图。
图4是表示控制涉及本发明的一实施方式的湿存水燃气轮机的燃料流量控制阀的顺序的流程图。
图5是举例说明涉及本发明的一实施方式的湿存水燃气轮机发电设备动作的图。
图6是举例说明涉及本发明的一实施方式的湿存水燃气轮机发电设备动作的图。
图7是举例说明涉及本发明的一实施方式的湿存水燃气轮机发电设备动作的图。
图中：1—压缩机，2—燃烧器，3—涡轮，5—排热回收装置，9—燃料流量控制阀，10—燃料，16—空气(吸气)，17—压缩空气，18—湿气，19—加湿空气，20—燃烧气体(涡轮入口气体)，26—温度计(排气温度获取部)，30—燃烧气体湿气比例计算部，32—排气温度上限计算部，36—排气温度差异计算部，38—发电输出差异计算部，44—燃料流量指令值计算部，45—燃料流量指令值选择部(选择部)，46—控制指令值输出部(输出部)，60—燃料供给系统，101—利用湿气燃气轮机。
具体实施方式
＜实施方式＞
(结构)
1.湿存水利用燃气轮机发电设备
图1是表示涉及本实施方式的湿存水燃气轮机发电设备的一构成例的图。如图1所示，涉及本实施方式的湿存水燃气轮机发电设备100具备湿存水利用燃气轮机101以及负载设备8。
湿存水利用燃气轮机101具备压缩机1、燃烧器2、涡轮3、加湿装置4、排热回收装置5以及控制装置7。
压缩机1通过涡轮3旋转驱动，压缩通过吸气系统52从大气吸入的空气(吸气)16并生成压缩空气17，通过压缩空气系统53向加湿装置4供给。吸气系统52连接于压缩机1的入口部(未图示)。在吸气系统52中设置吸气压力获取部(压力计)23以及吸气流量获取部(流量计)47。吸气压力获取部23与控制装置7电连接，向控制装置7输出关于吸气压力的信号(吸气压力信号)11。吸气流量获取部47与控制装置7电连接，向控制装置7输出关于吸气流量的信号(吸气流量信号)48。压缩空气系统53将压缩机1的出口部(未图示)与加湿装置4连接。在压缩空气系统53中设置排出压力获取部(压力计)24。排出压力获取部24与控制装置7电连接，向控制装置7输出关于排出压力的信号(排出压力信号)12。
加湿装置4向由压缩机1供给的压缩空气17供给由排热回收装置5供给的湿气18生成加湿空气19，向燃烧器2中供给。在本实施方式中，作为加湿装置4假设湿气喷射装置，但也可采用增湿塔等的结构。
燃烧器2将从加湿装置4供给的加湿空气19与通过燃料供给系统60供给的燃料10混合并燃烧，生成高温的燃烧气体20并向涡轮3供给。燃料供给系统60将燃料供给源(未图示)与燃烧器2连接。燃料供给系统60向燃烧器2供给燃料。在燃料供给系统60中设置燃料流量控制阀9以及燃料流量获取部(流量计)58。燃料流量控制阀9是控制(调整)向燃烧器2供给的燃料流量的阀。在本实施方式中，燃料流量控制阀9与控制装置7电连接，通过输入来自控制装置7的指令信号S1调节开度来控制向燃烧器2供给的燃料流量。燃料流量获取部58与控制装置7电连接，向控制装置7输出关于向燃烧器2供给的燃料流量的信号(燃料流量信号)55。
涡轮3通过由燃烧器2供给的燃烧气体(涡轮入口气体)20膨胀而被旋转驱动。驱动了涡轮3的燃烧气体20作为涡轮排气(排气)51从涡轮3的出口部(未图示)排出，通过排气系统54向排热回收装置5供给。排气系统54将涡轮3的出口部与排热回收装置5连接。在排气系统54中设置排气温度获取部(温度计)26。排气温度获取部26获取排气51的温度。排气温度获取部26与控制装置7电连接，向控制装置7输出关于排气温度的信号(排气温度信号)14。
排热回收装置5从涡轮3的排气51中回收热量产生高温湿气(在本实施方式中，是水蒸气)18，通过湿气系统59向加湿装置4供给。在本实施方式中，排热回收装置5具备热交换器6，用从涡轮3供给的排气51加热热交换器6，通过与向热交换器6供给的水(给水)22进行热交换而产生高温的湿气18。湿气系统59将排热回收装置5(热交换器6)与加湿装置4连接。在湿气系统59中设置供给湿气量控制阀56以及供给湿气量获取部(流量计)25。供给湿气量控制阀56是控制向加湿装置4供给的湿气量(供给湿气量)的阀。供给湿气量控制阀56未必需要设置于将排热回收装置5与加湿装置4连接的流路中，也可以位于湿气系统59的分流路径(未图示)上。在本实施方式中，供给湿气量控制阀56与控制装置7电连接，通过输入来自控制装置7的指令信号S2调节开度，以能够在燃烧器2中发挥稳定燃烧等的预定性能的方式控制向加湿装置4供给的湿气量。供给湿气量获取部25与控制装置7电连接，向控制装置7输出关于供给湿气量的信号(供给湿气量信号)13。
负载设备(在本实施方式中，是发电机)8与涡轮3同轴地连结，将涡轮3的旋转动力转换为电力。在本实施方式中，压缩机1、涡轮3以及负载设备8通过轴21而相互连结，涡轮3中所获得的旋转动力的一部分驱动压缩机1。负载设备8与控制装置7电连接，向控制装置7输出关于发电输出的信号(发电输出信号)57。
2.控制装置
图2是涉及本实施方式的控制装置的方框图。控制装置7是用燃烧气体湿气比例计算部30根据供给湿气量与吸气流量计算包含于燃烧气体中的湿气比例，用排气温度上限计算部32根据燃烧气体湿气比例与压力比计算排气温度上限值，并以排气温度为上限值以下的方式控制燃烧流量控制阀9的开度的装置。如图2所示，控制装置7除了燃烧气体湿气比例计算部30、排气温度上限计算部32外，具备吸气流量输入部29、吸气压力输入部31、排出压力输入部27、压力比计算部41、供给湿气量输入部28、排气温度输入部35、排气温度差异计算部36、发电输出输入部37、发电输出差异计算部38、燃料流量指令值计算部44、燃料流量指令值选择部45以及控制指令值输出部46。
·吸气流量输入部29
吸气流量输入部29输入从吸气流量获取部47输出的吸气流量信号48。
·吸气压力输入部31
吸气压力输入部31输入从吸气压力获取部23输出的吸气压力信号11。
·排出压力输入部27
排出压力输入部27输入从排出压力获取部24输出的排出压力信号12。
·供给湿气量输入部28
供给湿气量输入部28输入从供给湿气量获取部25输出的供给湿气量信号13。
·燃烧气体湿气比例计算部30
燃烧气体湿气比例计算部30从供给湿气量输入部28以及吸气流量输入部29输入供给湿气量以及吸气流量，基于输入的供给湿气量以及吸气流量，获得作为包含于燃烧气体中的湿气比例的燃烧气体湿气比例。
在本实施方式中，燃烧气体湿气比例计算部30例如基于供给湿气量以及吸气流量从式(1)中计算燃烧气体湿气比例。
rw＝Gw/(Gin+Gw)···式(1)
其中，rw：燃烧气体湿气比例，Gin：吸气流量，Gw：供给湿气量。
·排气温度上限计算部32
在排气温度上限计算部32中，基于由根据燃烧气体湿气比例变化的燃烧气体温度的限制值、排气管路的温度限制等预先求出的、相对于压缩机的压力比的排气温度上限值的函数关系计算(设定)排气温度上限值。所设定的排气温度上限值如利用以下的式(1)～式(4)中求出。
Tx1＝Tx sup(rw)···式(2)
其中，Tx1：排气温度的上限值1，Tx sup：将燃烧气体湿气比例作为变量的排气温度上限值函数。由排气系统的温度限制预先确定。
Tx2＝F(πc，rw)···式(3)
其中，Tx2：排气温度的上限值2，πc：压力比，F(πc，rw)：将压力比与燃烧气体湿气比例作为变量的排气温度上限值函数。通过燃烧气体温度的限制值预先确定函数形式。
Tx＝min(Tx1，Tx2)···式(4)
其中，Tx：排气温度上限值，min(Tx1，Tx2)：Tx1，Tx2的最小值。
接着，关于排气温度控制线进行说明。图3是表示排气温度控制线的示意图。横轴表示压力比，纵轴表示排气温度上限值。排气温度控制线是表示对应压力比的排气温度上限值的推移的线。在图3中，实线是燃烧气体湿气比例为第一值(0，即没有向压缩空气供给湿气的情况)的排气温度控制线L1。单点划线是燃烧气体湿气比例为第二值的情况下的排气温度控制线L2，双点划线表示燃烧气体湿气比例为预先设定的第三值的情况下的排气温度控制线L3。并且，图3表示燃烧气体湿气比例以第一值、第二值、第三值的顺序增加的情况下的示意图。在利用湿气燃气轮机中，若向压缩空气供给的湿气量增加且燃烧气体湿气比例增加，则燃烧气体的比热、热传导率也会增加，因此在本实施方式中根据燃烧气体湿气比例的增加使排气温度控制线变化而设定排气温度上限值。
在本实施方式中，排气温度控制线相对于压力比被连续地定义，具备排气温度上限值与压力比无关为定值的水平部、排气温度上限值伴随压力比的增加而降低的下降部。在图3中表示的示例中，排气温度控制线L1具有水平部L11以及下降部L12，排气温度控制线L2具备水平部L21以及下降部L22，排气温度控制线L3具备水平部L31以及下降部L32。排气温度控制线的水平部是受涡轮排气温度(排气温度)制约的装置，抑制排气温度过高(例如，比构成连接于涡轮出口部的排气系统的部件的允许温度高)的情况。在本实施方式中，排气温度控制线的水平部中的排气温度上限值相对于构成排气系统的部件的允许温度具有余量地设定。排气温度控制线的下降部伴随排出压力的增加排气温度上限值下降，抑制燃烧气体温度过高(例如，比涡轮叶片的耐热温度高)的情况而保护涡轮。
在本实施方式中的排气温度控制线中，以压力比以某切换压力从水平部转移至下降部的方式设定。在图3所示的示例中，排气温度控制线L1的切换压力比为Ⅱc1，排气温度控制线L2的切换压力比为Ⅱc2，排气温度控制线L3的切换压力比为Ⅱc3，排气温度控制线L1、L2、L3的水平部的排气温度上限值分别为Tx sup1、Tx sup2、Tx sup3。
·排气温度输入部35
排气温度输入部35输入从排气温度获取部26输出的排气温度信号14。
·排气温度差异计算部36
排气温度差异计算部36输入排气温度输入部35输入的排气温度以及用排气温度上限计算部32设定的排气温度上限值，计算排气温度与排气温度上限值的差异(第一差异)。
·发电输出输入部37
发电输出输入部37输入从负载设备8输出的发电输出信号57。
·发电输出差异计算部38
发电输出差异计算部38输入发电输出输入部37输入的发电输出以及中央供电指令所等所要求的发电输出(发电要求量)，计算发电输出与发电要求量的差异(第二差异)。
·燃料流量指令值计算部44
在燃料流量指令值计算部44中，输入由排气温度差异计算部36计算的第一差异并计算第一燃料流量指令值，输入由发电输出差异计算部38计算的第二差异并计算第二燃料流量指令值，从转数、其他运转状态计算第三燃料流量指令值等。
·燃料流量指令值选择部45
燃料流量指令值选择部45从由燃料流量指令值计算部44计算的多个燃料流量指令值选择其最小值作为控制燃料供给系统的燃料流量的燃料流量控制指令值。
·控制指令值输出部46
控制指令值输出部46基于由燃料流量指令值选择部45选择的燃料流量控制指令值计算燃料流量控制阀9的控制指令值，向燃料流量控制阀9输出指令信号S1。
(动作)
·燃料流量控制阀9的控制顺序
关于控制涉及本实施方式的利用湿气燃气轮机的燃料流量控制阀9的顺序进行说明。在图4中用流程图表示控制涉及本实施方式的利用湿气燃气轮机的燃料流量控制阀9的顺序。
供给湿气量输入部28输入由供给湿气量获取部25所获得的供给湿气量(步骤B1)。
吸气流量输入部29输入由吸气流量获取部47所获得的吸气流量(步骤B2)。
燃烧气体湿气比例计算部30基于供给湿气量输入部28输入的供给湿气量与吸气流量输入部29输入的吸气流量计算燃烧气体湿气比例(步骤B3)。
吸气压力输入部31输入由吸气压力获取部23所获得的吸气压力(步骤B4)。
排出压力输入部27输入由排出压力获取部24所获得的排出压力(步骤B5)。
压力比计算部41从由吸气压力输入部31输入的吸气压力、由排出压力输入部27输入的排出压力计算压力比(步骤B6)。
排气温度上限计算部32基于由燃烧气体湿气比例计算部30计算而得到的燃烧气体湿气比例与由压力比计算部41计算而得到的压力比，计算排气温度上限值(步骤B7)。
排气温度输入部35输入由排气温度获取部26所获得的排气温度(步骤B8)。
排气温度差异计算部36基于排气温度输入部35输入的排气温度与由排气温度上限计算部32计算的排气温度上限值，计算第一差异△T(步骤B9)。
发电输出输入部37从负载设备8中获取发电输出(步骤B10)。
发电输出差异计算部38基于发电输出输入部37获得的发电输出与发电要求量计算第二差异△E(步骤B11)。
接着，燃料流量指令值计算部44输入由排气温度差异计算部36计算的第一差异并计算第一燃料流量指令值，输入由发电输出差异计算部38计算的第二差异计算第二燃料流量指令值，从转数、其他运转状态计算第三燃料流量指令值等(步骤B12)。
燃料流量指令值选择部45从由燃料流量指令值计算部44计算的多个燃料流量指令值中选择其最小值作为控制燃料供给系统的燃料流量的燃料流量控制指令值(步骤B13)。
接着，控制指令值输出部46基于由燃料流量指令值选择部45所选择的指令值输出指令信号S1(步骤B14)。
·利用湿气燃气轮机发电设备100的动作
关于涉及本实施方式的利用湿气燃气轮机发电设备100的动作，将起动时作为示例而进行说明。图5～7是举例说明涉及本实施方式的利用湿气燃气轮机发电设备的动作的图。在图5中，横轴表示压力比，纵轴表示排气温度上限值，实线表示作为燃烧气体湿气比例为第一值(零)的情况下的排气温度控制线La，单点划线表示燃烧气体湿气比例为第二值的情况下的排气温度控制线Lb。在图6中，横轴表示供给湿气量，纵轴表示排气温度，实线表示排气温度上限值推移线C，该排气温度上限值推移线C表示伴随供给湿气量的增加的排气温度上限值的推移。在图7中，横轴表示供给湿气量，纵轴表示发电输出，实线表示输出上限值推移线D，该输出上限值推移线D表示伴随供给湿气量的增加的发电输出的上限值的推移，单点划线表示起动时目标输出线R，该起动时目标输出线R表示起动完成时的目标输出(额定输出等)。输出上限值推移线D表示在各燃烧气体湿气比例中排气温度为排气温度上限值的情况下的输出。在此，假想根据起动时预先设定的负载上升率而增加发电需求量的控制。
利用湿气燃气轮机发电设备100的起动时由于排气温度低，因此利用湿气燃气轮机发电设备100的起动后不久(第一时间t1期间)不会供给湿气(即，供给湿气量为零)。伴随负载上升，排气温度也上升，关于在开始供给湿气之前排气温度达到排气温度控制线La的排气温度上限值的情况在图5、图6中表示。第一时间t1期间，作为燃料流量控制指令值，在燃料流量指令值选择部45中选择由第一差异△T计算的第一燃料流量指令值、由第二差异△E计算的第二燃料流量指令值、在燃料流量指令值计算部44中从转数、其他运转状态计算的第三燃料流量指令值的最小值。在此，在排气温度达到排气温度控制线La的排气温度上限值之前，由于由排气温度差异计算部36计算的第一差异△T、由发电输出差异计算部38计算的第二差异△E都为正，因此选择第一至第三的燃料流量指令值中的哪个根据状况而不同。可是，由于第一时间t1期间为起动时的负载上升时期，因此第一至第三燃料流量指令值都为增加燃料流量的指令值。因此，由于控制指令值输出部46基于所选择的燃料流量控制指令值计算增加燃料流量控制阀9的开度的控制指令值并向燃料流量控制阀9输出指令信号S1，因此发电设备的燃料流量增加而负载上升。由于若排气温度达到排气温度控制线La的排气温度上限值则第一差异△T为零，因此在燃料流量指令值选择部45中选择以不使排气温度上升的方式计算的第一燃料流量指令值，排气温度保持为恒定。此时，由于燃料流量没有增加，因此湿气的供给在开始之前负载也为恒定。
然后，若湿气开始供给，则负载根据湿气供给量上升的同时，排气温度降低。此时，若第二差异△E(发电输出与发电要求量的差异)大，则存在由湿气供给量增加而导致的排气温度降低与因负载上升而燃料流量增加而引起的排气温度上升相抵消的情况。该情况下，由于排气温度上限值根据燃烧气体湿气比例的增加而降低，因此第一差异△T(排气温度与排气温度上限值的差异)根据降低的排气温度上限值计算，使用该值的第一燃料流量指令值在燃料流量指令值选择部45中进行选择，以排气温度为上限值的方式控制燃料流量，排气温度在上限值推移线C上(图6)推移(第二时间t2)。此时，输出在输出上限值推移线D上(图7)推移，伴随供给湿气量的增加而达到额定输出等的目标输出。
若达到目标输出，则第二差异△E(发电输出与发电要求量的差异)为零，因此使用该差异的第二燃料流量指令值在燃料流量指令值选择部45中选择，以发电输出为发电要求量(起动时目标输出)的方式控制燃料流量。若目标输出达到之后继续增加供给湿气量，则发电输出向起动时目标输出线R转移，在发电输出恒定的状态下，排气温度降低，比排气温度控制线Lb低(图5～图7：第三时间t3)。
(效果)
(1)在本实施方式中，不依存于供给湿气量，以追随根据预先设定的负载上升率变化的发电要求量的方式选择燃料流量指令值，控制燃料流量控制阀9。因此，没有必要以预定的部分负载保持，等待湿气供给开始之后负载上升，由于能够省略待机时间，因此能够缩短起动时间。另外，由于未以预定的部分负载待机而提前使负载上升，因此排气温度也为高温，湿气的供给开始时间也提前，能够使到达起动时目标输出(额定输出等)的时间提前。
而且，如果没有对于排气温度上限值考虑供给湿气量的依存性，即使在湿气量少的运转状态下也存在于湿气量多的情况而需要将排气温度的上限值较低地设定。因此，在起动时的负载上升中排气温度被较低地抑制，存在供给开始之前的待机时间延长的可能性。通过对于排气温度上限值考虑供给湿气量的依存性，具有能避免该情况的可能性。
(2)在本实施方式中，湿气供给开始以后，为了根据燃烧气体湿气比例降低排气温度上限值，以不会超过降低了的排气温度上限值的方式选择燃料流量指令值，控制燃料流量控制阀9。因此，即使向压缩空气中供给湿气并增加包含于燃烧气体中的湿气量，也能够避免排气温度超过上限值的情况，能够抑制涡轮叶片的热负载超过允许值的情况。
从以上所述的内容，在本实施方式中能够缩短起动时间、且能够抑制涡轮叶片的热负载超额。
＜其他＞
本发明并不限于上述的实施方式，含有多种变形例。例如，上述实施方式是为了容易理解本发明的说明而详细地进行说明的内容，未必限定于具备所说明的全部结构。例如，也可删除以及置换上述实施方式的结构的一部分。
在上述实施方式中，举例说明利用湿气燃气轮机101配备加湿装置4的结构。可是，本发明的本质性效果是提供能够缩短起动时间、且抑制涡轮叶片热负载的增加的利用湿气燃气轮机，只要能得到该本质性效果，未必限于该结构。例如，可以为将代替加湿装置4而向压缩机1的吸气16中供给湿气的WAC(Water Atomization Cooling)、吸气冷却装置设置于压缩机1的入口侧的结构。另外，也可以为向燃烧器2中供给排热回收装置5中产生的湿气18的一部分或全部并生成加湿空气19，与燃料10混合并燃烧而生成燃烧气体20的结构。在此，在向燃烧器2中供给湿气18的全部的结构中，能够将加湿装置4的功能合并至燃烧器2中。
另外，在上述实施方式中，举例说明通过设置于湿气系统59的流量计25获取供给湿气量的结构。可是，只要能得到上述本发明的本质性效果，未必限于上述结构。例如，在通过湿气喷射装置向加湿装置4中供给在排热回收装置5中产生的湿气的情况下，可以为基于湿气喷射装置具备的阀的开度而获取供给湿气量的结构。另外，在作为加湿装置4而配备增湿塔的结构的情况下，可以为基于向增湿塔的供给水量与从增湿塔中的抽出水量的差量而获取供给湿气量的结构、基于增湿塔下部水箱的水位变化与供给水量(或抽出水量)而获取湿气量的结构。另外，可以为用测量器直接测量向燃烧器供给的压缩空气的湿气比例的结构。
另外，在上述实施方式中，举例说明燃烧气体湿气比例计算部30基于供给湿气量以及吸气流量而获取燃烧气体湿气比例的结构。可是，只要能得到上述本发明的本质性效果，未必限定于上述结构。例如，燃烧气体湿气比例计算部30除了上述功能，可以以从燃料流量中计算燃烧器2中燃料燃烧时生成的燃烧时生成湿气量并考虑所获得的燃烧时生成湿气量而计算燃烧气体湿气比例的方式构成。由此，相比于只基于供给湿气量以及吸气流量而获得燃烧气体湿气比例的结构，能够提高燃烧气体湿气比例的精度，能够更精准地抑制涡轮叶片的热负载的超出。
另外，在上述实施方式中，举例说明排气温度上限计算部32输入由燃烧气体湿气比例计算部30计算的燃烧气体湿气比例并基于输入的燃烧气体湿气比例使用给予的函数计算排气温度上限值的机构。可是，只要能得到上述本发明的本质性效果，未必限于上述结构。例如，可以为排气温度上限计算部32预先在每个燃烧气体湿气比例的给予的范围内设定排气温度控制线，选择根据燃烧气体湿气比例计算部30所获得的燃烧气体湿气比例的排气温度控制线的结构。
另外，在上述实施方式中，举例说明排气温度上限计算部32用燃烧气体湿气比例的函数计算排气温度上限值的结构。可是，只要能得到上述本发明的本质性效果，未必限于上述结构。例如，可以为在排气温度上限计算部32中以不按照燃烧气体湿气比例的方式设定排气温度上限值，基于燃烧气体湿气比例修正用燃料流量指令值计算部44从第一差异△T(排气温度与排气温度上限值的差异)计算的第一燃料流量指令值而计算第一燃料流量指令值的结构。
另外，在上述实施方式中，举例说明基于排出压力输入部27输入的排出压力与吸气压力输入部31输入的吸气压力，压力比计算部41计算压力比的结构。可是，只要能得到上述本发明的本质性效果，未必限于上述结构。例如，可以为压力比计算部41代替输入排出压力而输入压缩机的转数与吸气流量获取部47所获得的吸气流量、基于输入的转数以及吸气流量计算排出压力而计算压力比的结构。另外，可以为变换为压力比使用排出压力的结果。该情况下，为相对于排出压力定义排气温度上限值的结构，吸气压力输入部31、压力比计算部41等不是必须的。
另外，在上述实施方式中，以利用燃料流量指令值选择部45从第一、第二、第三的燃料流量指令值中选择的方式记述，从作为第三燃料流量指令值记述的转数、其他运转状态计算的燃料流量指令值可以分割为多个，可以为从这些与第一、第二燃料流量指令值中选择控制燃料供给系统的燃料流量的燃料流量控制指令值的结构。
另外，在上述实施方式中举例说明基于发电输出与发电要求量的差异计算指令值、控制燃料流量控制阀9的结构。可是，只要能得到上述本发明的本质性效果，未必限于上述结构。例如，可以为代替发电输出而获取扭矩、基于扭矩与要求扭矩的差异计算指令值并控制燃料流量控制阀9的结构。
另外，在上述实施方式中，举例说明在压缩机1、涡轮3以及负载设备8通过轴21相互连结的一轴式燃气轮机中使用本发明的情况。可是，本发明的适用对象并不限定于一轴式燃气轮机。例如，二轴式燃气轮机中也可适用本发明。另外，在作为挪用复合循环发电系统的排热回收锅炉中产生的蒸汽向燃气轮机中供给蒸汽的结构的情况中本发明也可适用。

Claims (11)

1.一种利用湿气燃气轮机，其特征在于，
具备：
压缩空气并生成压缩空气的压缩机；
计算上述压缩机的压力比的压力比计算部；
湿气系统，其向上述压缩机的吸气或由上述压缩机生成的压缩空气供给湿气；
燃烧器，其使向上述吸气或上述压缩空气供给湿气而生成的加湿空气与燃料混合并燃烧，生成燃烧气体；
燃烧气体湿气比例计算部，其获取上述燃烧气体所包含的湿气比例即燃烧气体湿气比例；
燃料供给系统，其向上述燃烧器供给燃料，设置有燃料流量控制阀；
涡轮，其由从上述燃烧器供给的燃烧气体旋转驱动；
排气温度获取部，其获取驱动上述涡轮而排出的排气的温度即排气温度；
排气温度上限计算部，其根据上述燃烧气体湿气比例和上述压力比计算上述排气温度的上限值；以及
控制指令值输出部，其使用基于由上述排气温度上限计算部计算出的排气温度上限值和上述排气温度计算出的燃料流量指令值向上述燃料流量控制阀输出指令信号。
2.根据权利要求1所述的利用湿气燃气轮机，其特征在于，
将向上述吸气或上述压缩空气供给的湿气的一部分或全部向上述燃烧器供给。
3.根据权利要求1所述的利用湿气燃气轮机，其特征在于，
具备排热回收装置，其回收上述排气的热量并产生湿气，并向湿气系统供给湿气。
4.根据权利要求3所述的利用湿气燃气轮机，其特征在于，
上述排气温度获取部是设置于连接上述涡轮与上述排热回收装置的排气系统的温度计。
5.根据权利要求1所述的利用湿气燃气轮机，其特征在于，
上述燃烧气体湿气比例计算部基于利用湿气系统供给的湿气量计算上述燃烧气体湿气比例。
6.根据权利要求5所述的利用湿气燃气轮机，其特征在于，
上述燃烧气体湿气比例计算部基于向上述燃烧器供给的燃料流量计算上述燃烧器中的由燃料的燃烧生成的燃烧时生成湿气量，考虑计算出的燃烧时生成湿气量来计算上述燃烧气体湿气比例。
7.根据权利要求1所述的利用湿气燃气轮机，其特征在于，
排气温度上限计算部利用预先设定的上述燃烧气体湿气比例与上述压力比的函数计算上述排气温度的上限值。
8.一种利用湿气燃气轮机的控制方法，该利用湿气燃气轮机具备：压缩空气并生成压缩空气的压缩机；燃烧器，其使上述压缩空气与燃料混合并燃烧，生成燃烧气体；由从上述燃烧器供给的燃烧气体旋转驱动的涡轮；排热回收装置，其回收驱动上述涡轮而排出的排出热量；燃料供给系统，其向上述燃烧器供给燃料，并设置有燃料流量控制阀；获取上述排气的温度即排气温度的排气温度获取部，该利用湿气燃气轮机的控制方法向上述压缩机的吸气、由上述压缩机生成的压缩空气或上述燃烧器的至少一个供给湿气，
该利用湿气燃气轮机的控制方法的特征在于，
具备下述步骤：
获取上述燃烧气体所包含的湿气的比例即燃烧气体湿气比例的步骤；
预先设定上述排气温度的上限值与上述燃烧气体湿气比例的关系，基于所获取的燃烧气体湿气比例计算上述排气温度的上限值的步骤；
基于上述排气温度的上限值与由上述排气温度获取部获取的上述排气温度计算燃料流量指令值的步骤；以及
使用上述燃料流量指令值向上述燃料流量控制阀输出指令信号的步骤。
9.根据权利要求8所述的利用湿气燃气轮机的控制方法，其特征在于，
向上述压缩机的吸气或由上述压缩机生成的压缩空气的至少一方供给湿气。
10.根据权利要求8所述的利用湿气燃气轮机的控制方法，其特征在于，
向上述压缩机的吸气或从上述压缩机供给的压缩空气的至少一方供给湿气的一部分，并且将湿气的剩余部分向上述燃烧器供给。
11.根据权利要求8所述的利用湿气燃气轮机的控制方法，其特征在于，
向上述燃烧器供给湿气。
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