JP2004190633A

JP2004190633A - Fuel gas calorie estimation device for gas turbine

Info

Publication number: JP2004190633A
Application number: JP2002362339A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Miyamoto; 典一宮本; Takashi Sonoda; 隆園田; Hiroshi Tanabe; 浩史田邊; Atsuhiro Tokuda; 篤洋徳田; Toshimitsu Nakamura; 利光中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP3905829B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel gas calorie estimating device of a gas turbine for allowing quick control, and allowing stable operation of a system by performing an arithmetic operation for estimating a gas calorie. <P>SOLUTION: This fuel gas calorie estimating device of the gas turbine is provided for quickly controlling a variation in a gas calorie by performing the arithmetic operation of the fuel gas calorie by a fuel gas flow rate flowing in a combustor of the gas turbine, power generation output of the gas turbine and power generation output efficiency calculated from a gas turbine operation characteristic. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高炉ガスを主燃料としたガスタービン発電システムでは、高炉の操業状態により、発生する高炉ガスのガスカロリーが大きく変動し、そのため、ガスタービンの発電出力が変動する場合があった。特に、ガスカロリーの変動が大きいときには、不安定燃焼や失火に至る場合もあった。こうした状況の下、ガスタービン発電システムの安定的な運転を図るため、燃料ガスカロリーを測定し、燃料ガスカロリーが上がっていると判断した場合には、例えば、Ｎ２ガスのような減熱ガスを、燃料ガスカロリーが下がっていると判断した場合には、例えば、ＣＯＧガスのような増熱ガスを添加し、この添加量をフィードバック制御によりコントロールするガスカロリー制御が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２０１６８１号公報（第２−４頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガスカロリー制御によれば、サンプリング配管の応答遅れや、ガスカロリー測定端にガス伝達系および高炉ガスの洗浄を行うためのガス洗浄系等を含むことから、１分以上の応答遅れが存在する。したがって、こうしたことから、急激なガスカロリー変動に対する対応が困難となり、完全な失火防止対策にならないといった問題があった。また、ガスタービン発電システムは、連続運転が大前提であり、安定的な運転を維持するためには、ガスカロリー測定端を常時、運用する必要がある。したがって、システムの校正やメンテナンス等を行うためには、装置が複数台必要となり、設備投資の増加につながるといった問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、ガスカロリーを推定する演算を行うことにより、速やかな制御を行うとともに、システムの安定的な運転を可能とするガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、ガスタービンの燃焼器に流入する燃料ガス流量と、ガスタービン発電出力と、ガスタービン運転特性から算出される発電出力効率とにより、燃料ガスカロリー演算を行うことを特徴とするガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置を提案している。
【０００７】
燃料ガスカロリーは、ガスタービンへの燃料ガス流量、発電出力および発電効率により算出することができる。また、効率は発電出力と強い相関性をもっており、ガスタービン運転特性、例えば、ガスタービンの実運転中における測定やシュミレーション等により算出することができる。したがって、これらの値から燃料ガスカロリーを算出し、この演算処理をリアルタイムで行うことにより、短時間でシステムの安定化を図ることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置について、ガスタービン入口側のガスカロリー計の計測値と燃料ガス流量と発電機出力から、ガスタービンの発電出力効率を推定し、該推定値を前記燃料ガスカロリー演算に用いることを特徴とするガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置を提案している。
【０００９】
ガスタービンの発電出力効率は、ガスの汚れ等の諸条件により変動する。したがって、システムの状況に応じた適切な制御を行うためには、変動要素を加味したガスタービンの発電出力効率を推定する必要がある。本発明によれば、ガスタービン入口側のガスカロリー量により変動要素を加味したガスタービンの発電出力効率を推定することとしたので、この値を用いて実運転時のガスカロリーの値を推定することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載されたガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置について、前記発電出力効率の推定は、前記発電出力および燃料ガス流量の各々に前記ガスカロリー計測の応答速度に合わせるための位相調整要素を乗じたものと、前記ガスカロリー量と、前記ガスタービン運転特性から算出される発電出力効率とを演算して、発電効率補正係数を推定し、該発電効率補正係数を用いて発電出力効率を補正することを特徴とするガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置を提案している。
【００１１】
本発明によれば、発電効率補正係数の推定において、演算に用いられる諸要素の応答速度を一致させるため、位相進み要素を用いたことから、伝達遅延の影響を除去した精度の高い演算を実行することができる。また、これらの値とガスタービン運転特性から算出される発電出力効率を用いて発電効率補正係数を推定することとしたので、ガスタービン運転特性から算出される発電出力効率に推定された発電効率補正係数を乗ずることにより、実運転時の発電出力効率を高い精度で推定することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載されたガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置について、前記燃料ガスが高炉ガスであることを特徴とするガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置を提案している。
【００１３】
この発明によれば、ガスカロリーを精度よく推定することができることから、燃焼性の変動の大きい高炉ガスを主燃料とする場合にも、安定的なシステムを構築することができる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載されたガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置を備えたことを特徴とするガスタービンを提案している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置について図１から図３を参照して詳細に説明する。
図１より、本発明の実施形態に係るガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置を含むガスタービン発電システムは、ＢＦＧ（高炉ガス、ＢＦＧ：Blast Furnace Gas）本管１と、Ｎ２ガス供給弁２と、ＣＯＧ（コークス炉ガス、ＣＯＧ：Cokes Oven Gas）供給弁３と、ＥＰ４（電気集塵器,ＥＰ：Electrostatic Precipitator）と、ガスカロリー計５と、Ｇ.Ｃ６（ガス圧縮器、Ｇ.Ｃ.：Gas Compressor）と、Ｇａｓ冷７（ガス冷却器）と、ガス流量調整弁８と、ガス流量計９と、Ｇ.Ｔ.１０（ガスタービン、Ｇ.Ｔ.：Gas Turbine）と、Ｇｅｎ１１（発電機、Ｇｅｎ：Generator）と、出力計１２と、カロリー推定装置１３とから構成されている。
【００１６】
ＢＦＧ（高炉ガス）本管１は、本発明に係るガスタービン発電システムの主燃料となる、製鉄所において発生する高炉ガスをガスタービン発電システムに供給するための配管である。Ｎ２ガス供給弁２は、ガスタービンに供給されるガスカロリーが所定値よりも増加している場合に、減熱用のＮ２ガスを供給するための供給弁である。ＣＯＧ供給弁３は、ガスタービンに供給されるガスカロリーが所定値よりも低下している場合に、増熱用のＣＯＧガスを供給するための供給弁である。
【００１７】
ＥＰ４（電気集塵器）は、ガスタービン発電システムの主燃料である高炉ガスにふくまれるダスト等を集塵し、除去する装置である。具体的には、放電極および集塵極の間に高圧直流電流を荷電し、コロナ放電をさせることにより、ダストにマイナスイオンを帯電させて、集塵する装置であり、ガスタービン発電システムにおいては、一般にガス洗浄系と呼ばれる。ガスカロリー計５は、ガスタービンの燃焼器に供給される高炉ガスのガスカロリーを測定する装置であって、本発明においては、燃料ガスのカロリーを推定するための要素の１つとして用いられている。
【００１８】
Ｇ.Ｃ.６（ガス圧縮器）は、電気集塵器４により洗浄された高炉ガスを圧縮してガスタービンに導入する。ガス冷却器７は、高温状態になった余剰ガスを冷却してＢＦＧ本管１に戻す役割を有する。ガス流量調整弁８は、弁を調整して余剰ガスをガス冷却器７に送り込む役割を有する。ガス流量計９は、ガスタービンに導入されるガスの流量を測定するための装置であり、本発明においては、燃料ガスのカロリーを推定するための要素の１つとして用いられている。Ｇ.Ｔ.１０（ガスタービン）は、燃料ガスの燃焼による熱エネルギーを速度エネルギーに変換し、タービンロータを介して、機械的なエネルギーを取り出す装置である。Ｇｅｎ１１（発電機）は、ガスタービン１０から得られる機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する装置である。
【００１９】
出力計１２は、発電機１１から出力される発電出力を測定するための装置であり、本発明においては、燃料ガスのカロリーを推定するための要素の１つとして用いられている。カロリー推定装置１３は、本発明に係る装置であって、ガスカロリー計５のガスカロリー測定信号と、燃料ガス流量および発電機１１の発電出力によって、燃料ガスカロリーの推定を行う装置である。なお、その詳細については、以下に説明する。
【００２０】
本発明に係るガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置は、発電機の発電出力と、燃料ガス流量およびカロリー計による燃料ガスカロリー測定信号とにより、燃焼ガスカロリーの推定を行うものである。以下、本実施形態に係るガスタービンの燃料ガスカロリー推定装置について、数式および図面等を用いて詳細に説明する。
【００２１】
一般に、ガスタービンの発電出力Ｐ（ＫＷ）は、ガスカロリーH(ＫＪ／Nm³)と、効率ηと、ガス流量Q(Nm³／S)とから、[数１]のように表すことができる。効率ηは、ガスタービン出力と強い相関があるため、これを関数として、η₀（ｐ）とすると、効率ηは、[数２]のように表すことができる。但し、ｋ_ηは、効率補正係数であり、標準状態では、ｋ_η＝１である。
【数１】

【数２】

【００２２】
[数１]と[数２]とから、ガスカロリー推定値H＾は、[数３]のように表すことができる。ただし、実測可能なP、Qには、応答性に差が存在するため、これを補正するために、[数４]によって、応答性を合わせる。なお、ここで、H_ｐ（ｓ）は、発電機出力応答を、H_ｈ（ｓ）は、ガスカロリー推定値応答を、H_ｑ（ｓ）は、ガス流量応答を示している。また、本実施形態においては、H_ｈ（ｓ）、H_ｐ（ｓ）、H_ｑ（ｓ）には、一次遅れの伝達関数である[数５]を用いた。
【数３】

【数４】

【数５】

【００２３】
[数４]を用いて、[数３]を解くと、H_ｈ（ｓ）の応答をもつガスカロリー応答が得られる。この基本演算ブロックは、図２のようになる。ここで、効率補正係数ｋ_ηは、その変化が緩やかであり、一般に、空気温度や排ガス温度等によって、その値を得ることができるが、値の再現性に問題があるため、本発明においては、ガスカロリー計５の測定値をもとに以下により、学習して得ることとする。
【００２４】
まず、[数１]から、[数６]を得る。これと、[数２]より、効率補正係数ｋ_ηは、[数７]のように表すことができる。
【数６】

【数７】

【００２５】
効率補正係数ｋ_ηの変化は緩やかであることから、前回の値をもとに値を更新する方法で学習により値を決めることとすれば、その関係式は、[数８]のようになる。ただし、αは重み係数であって、その数値範囲は、０＜α＜１である。
【数８】

【００２６】
なお、[数８]のＰ、Ｈ、Ｑについては、これらの応答性を合わせるため、各測定値ごとに、これらのうち、最も応答が遅いガスカロリー計５に合わせた応答補正を行ったものを用いる。これをブロック図として表すと、図３のようになる。なお、本実施形態においては、応答補正を行う伝達関数として、［数９］に示すものを用いている。
【数９】

【００２７】
図３から、学習により求められるｋ_ηを図２のブロック図の入力であるｋ_ηに接続すれば、発電出力以外の効率変化を反映することができ、より高精度なガスカロリーの推定が可能となる。なお、本実施形態においては、ガスカロリー計５のみを用いて制御を行う場合と比較して、応答性が３倍程度となり、大幅な制御精度の向上が可能となることが確認できた。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、発電機の発電出力と燃料ガス流量および発電出力効率により、ガスカロリーを推定することとしたことから、従来の方法に比べて、ガス伝達系およびガス洗浄系での無駄時間や時定数の大幅な短縮が可能となり、速やかな制御を実現できるという効果がある。
【００２９】
また、請求項２に係る発明によれば、ガスタービン入口側のガスカロリー量からガスタービンの発電出力効率を推定することとしたことから、ガスの汚れ等による発電出力効率の変動要因がある場合にも、実運転時のガスカロリーを精度よく推定することができるという効果がある。
【００３０】
また、請求項３に係る発明によれば、発電出力効率を推定する各要素の伝達遅延の影響を除去できる構成としたことから、実運転時のガスカロリーを精度よく推定することができるという効果がある。さらに、ガスタービンの運転中は、常時ガスカロリーの推定計算が可能であることから、一定の誤差範囲内でガスカロリー値の推定が可能となり、ガスカロリー計の二重設置を必要としないという効果がある。
【００３１】
また、請求項４に係る発明によれば、ガスカロリーを精度よく推定することができることから、燃焼性の変動が大きい高炉ガスを主燃料とするガスタービン発電システムにおいても、発電出力の変動が少ないシステムを構築できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカロリー推定装置の系統図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガスタービン出力、効率補正係数およびガス流量とカロリー推定値との関係を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るガスタービン出力、ガス流量およびガスカロリーと効率補正係数との関係を示すブロック図である。
【符号の説明】
１・・・ＢＦＧ本管、２・・・Ｎ２ガス供給弁、３・・・ＣＯＧガス供給弁、
４・・・ＥＰ（電気集塵器）、５・・・ガスカロリー計、
６・・・Ｇ.Ｃ.（ガス圧縮機）、７・・・Ｇａｓ冷（ガス冷却器）、
８・・・ガス流量調整弁、９・・・ガス流量計、
１０・・・Ｇ.Ｔ.（ガスタービン）、１１・・・Ｇｅｎ（発電機）、
１２・・・出力計、１３・・・カロリー推定装置、[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel gas calorie estimation device for a gas turbine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a gas turbine power generation system using blast furnace gas as a main fuel, gas calories of the generated blast furnace gas fluctuate greatly depending on the operation state of the blast furnace, so that the power generation output of the gas turbine sometimes fluctuates. In particular, when the variation in gas calories is large, unstable combustion or misfire may occur. Under these circumstances, in order to achieve stable operation of the gas turbine power generation system, the fuel gas calorie is measured, and when it is determined that the fuel gas calorie has increased, for example, a reduced heat gas such as N2 gas is discharged. If it is determined that the fuel gas calorie has decreased, for example, a gas calorie control is used in which a heating gas such as COG gas is added and the amount added is controlled by feedback control (for example, Patent Reference 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-201681 (pages 2-4)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the gas calorie control, there is a response delay of one minute or more due to a response delay of the sampling pipe and a gas transfer system and a gas cleaning system for cleaning the blast furnace gas at the gas calorie measuring end. I do. Accordingly, it is difficult to cope with a sudden change in gas calories, and there is a problem that it is not a complete misfire prevention measure. Further, the gas turbine power generation system is premised on continuous operation, and in order to maintain stable operation, it is necessary to always operate the gas calorie measuring end. Therefore, in order to perform system calibration, maintenance, and the like, a plurality of devices are required, which leads to an increase in capital investment.
[0005]
In view of the above, the present invention has been made in view of the above-described problem, and performs a calculation for estimating gas calories, thereby performing quick control and enabling a stable operation of a system. It is an object of the present invention to provide a fuel gas calorie estimating apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 is characterized in that a fuel gas calorie calculation is performed based on a fuel gas flow rate flowing into a combustor of a gas turbine, a gas turbine power generation output, and a power generation output efficiency calculated from gas turbine operation characteristics. A fuel gas calorie estimating device for a gas turbine is proposed.
[0007]
The fuel gas calories can be calculated from the flow rate of the fuel gas to the gas turbine, the power generation output, and the power generation efficiency. Further, the efficiency has a strong correlation with the power generation output, and can be calculated by operating characteristics of the gas turbine, for example, measurement or simulation during actual operation of the gas turbine. Therefore, by calculating the fuel gas calories from these values and performing this arithmetic processing in real time, the system can be stabilized in a short time.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the gas turbine fuel gas calorie estimating apparatus according to the first aspect, the gas turbine power generation is performed based on the measured value of the gas calorie meter on the gas turbine inlet side, the fuel gas flow rate, and the generator output. A fuel gas calorie estimating apparatus for a gas turbine, wherein output efficiency is estimated and the estimated value is used for the fuel gas calorie calculation is proposed.
[0009]
The power generation output efficiency of the gas turbine varies depending on various conditions such as gas contamination. Therefore, in order to perform appropriate control according to the state of the system, it is necessary to estimate the power generation output efficiency of the gas turbine in consideration of the variable factors. According to the present invention, since the power generation output efficiency of the gas turbine considering the variable factor is estimated based on the gas calorie amount on the gas turbine inlet side, the value of the gas calorie at the time of actual operation is estimated using this value. be able to.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the fuel gas calorie estimating apparatus for a gas turbine according to the first or second aspect, the power generation output efficiency is estimated by adding the gas calorie to each of the power generation output and the fuel gas flow rate. Estimating a power generation efficiency correction coefficient by calculating a value obtained by multiplying a value obtained by multiplying a phase adjustment element for adjusting to a response speed of measurement, the gas calorie amount, and a power generation output efficiency calculated from the gas turbine operation characteristics, A fuel gas calorie estimating apparatus for a gas turbine, wherein power generation output efficiency is corrected using a power generation efficiency correction coefficient, has been proposed.
[0011]
According to the present invention, in estimating the power generation efficiency correction coefficient, since the phase lead element is used to match the response speeds of the elements used in the calculation, a highly accurate calculation in which the influence of the transmission delay is removed is executed can do. In addition, since the power generation efficiency correction coefficient is estimated using these values and the power generation output efficiency calculated from the gas turbine operation characteristics, the power generation efficiency correction coefficient estimated from the power generation output efficiency calculated from the gas turbine operation characteristics is used. By multiplying by a coefficient, the power generation output efficiency during actual operation can be estimated with high accuracy.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the gas turbine fuel gas calorie estimation apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the fuel gas is a blast furnace gas. A calorie estimation device is proposed.
[0013]
According to the present invention, since the gas calories can be accurately estimated, a stable system can be constructed even when blast furnace gas having large fluctuations in combustibility is used as the main fuel.
[0014]
An invention according to claim 5 proposes a gas turbine including the fuel gas calorie estimation device for a gas turbine according to any one of claims 1 to 4.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a fuel gas calorie estimation device for a gas turbine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
As shown in FIG. 1, the gas turbine power generation system including the fuel gas calorie estimation device for a gas turbine according to the embodiment of the present invention includes a BFG (Blast Furnace Gas) main pipe 1, an N2 gas supply valve 2, COG (coke oven gas, COG: Cokes Oven Gas) supply valve 3, EP4 (Electrostatic Precipitator, EP: Electrostatic Precipitator), gas calorie meter 5, GC6 (gas compressor, GC: Gas Compressor, Gas cooler 7 (gas cooler), gas flow control valve 8, gas flow meter 9, GT10 (gas turbine, GT: Gas Turbine), and Gen11 (power generation) , Gen: Generator), an output meter 12, and a calorie estimating device 13.
[0016]
The BFG (blast furnace gas) main pipe 1 is a pipe for supplying blast furnace gas generated in an ironworks, which is the main fuel of the gas turbine power generation system according to the present invention, to the gas turbine power generation system. The N2 gas supply valve 2 is a supply valve for supplying N2 gas for heat reduction when the gas calorie supplied to the gas turbine is larger than a predetermined value. The COG supply valve 3 is a supply valve for supplying COG gas for increasing the heat when the gas calorie supplied to the gas turbine is lower than a predetermined value.
[0017]
EP4 (Electric Precipitator) is a device that collects and removes dust and the like contained in blast furnace gas, which is the main fuel of the gas turbine power generation system. Specifically, by charging a high-voltage DC current between the discharge electrode and the dust collecting electrode, and by performing corona discharge, the dust is charged with negative ions, and the dust is collected.In a gas turbine power generation system, , Generally called a gas cleaning system. The gas calorie meter 5 is a device for measuring gas calories of blast furnace gas supplied to a combustor of a gas turbine, and is used as one of the elements for estimating calories of fuel gas in the present invention. I have.
[0018]
GC.6 (gas compressor) compresses the blast furnace gas washed by the electric precipitator 4 and introduces it into the gas turbine. The gas cooler 7 has a function of cooling excess gas that has become high temperature and returning it to the BFG main pipe 1. The gas flow control valve 8 has a role of adjusting the valve and sending surplus gas to the gas cooler 7. The gas flow meter 9 is a device for measuring the flow rate of gas introduced into the gas turbine, and is used as one of the elements for estimating the calories of fuel gas in the present invention. G.T.10 (gas turbine) is a device that converts heat energy from combustion of fuel gas into velocity energy and extracts mechanical energy via a turbine rotor. The Gen 11 (power generator) is a device that converts mechanical energy obtained from the gas turbine 10 into electrical energy.
[0019]
The power meter 12 is a device for measuring the power output output from the power generator 11, and is used as one of the elements for estimating the calories of the fuel gas in the present invention. The calorie estimating device 13 is a device according to the present invention, and estimates a fuel gas calorie based on a gas calorie measurement signal of the gas calorie meter 5, a fuel gas flow rate and a power generation output of the generator 11. The details will be described below.
[0020]
A fuel gas calorie estimating device for a gas turbine according to the present invention estimates combustion gas calories based on a power generation output of a generator, a fuel gas flow rate and a fuel gas calorie measurement signal from a calorie meter. Hereinafter, a fuel gas calorie estimation device for a gas turbine according to the present embodiment will be described in detail with reference to mathematical expressions, drawings, and the like.
[0021]
In general, the power output P (KW) of a gas turbine can be expressed as [Equation 1] from gas calories H (KJ / Nm ³ ), efficiency η, and gas flow rate Q (Nm ³ / S). it can. Since the efficiency η has a strong correlation with the gas turbine output, assuming that η ₀ (p) as a function, the efficiency η can be expressed as [Equation 2]. Here, k _η is an efficiency correction coefficient, and in a standard state, k _η = 1.
(Equation 1)

(Equation 2)

[0022]
From [Equation 1] and [Equation 2], the estimated gas calorie value H ＾ can be expressed as [Equation 3]. However, since there is a difference in responsiveness between P and Q that can be measured, the responsiveness is adjusted by [Equation 4] in order to correct the difference. Here, H _p (s) indicates a generator output response, H _h (s) indicates a gas calorie estimated value response, and H _q (s) indicates a gas flow rate response. In the present embodiment, [Equation 5], which is a transfer function of a first-order lag, is used for H _h (s), H _p (s), and H _q (s).
[Equation 3]

(Equation 4)

(Equation 5)

[0023]
By solving [Equation 3] using [Equation 4], a gas calorie response having a response of H _h (s) is obtained. This basic operation block is as shown in FIG. Here, the efficiency correction coefficient k _η has a gradual change, and its value can be generally obtained depending on the air temperature, the exhaust gas temperature, etc., but there is a problem in the reproducibility of the value. , Based on the measurement value of the gas calorie meter 5 as described below.
[0024]
First, [Equation 6] is obtained from [Equation 1]. From this and [Equation 2], the efficiency correction coefficient k _η can be expressed as [Equation 7].
(Equation 6)

(Equation 7)

[0025]
Since the change of the efficiency correction coefficient k _η is gradual, if the value is determined by learning by updating the value based on the previous value, the relational expression is as shown in [Equation 8]. . Here, α is a weight coefficient, and its numerical value range is 0 <α <1.
(Equation 8)

[0026]
For P, H, and Q in [Equation 8], the response was corrected for the gas calorie meter 5, which has the slowest response, for each measurement value in order to match the responsiveness. Is used. This is represented as a block diagram in FIG. In this embodiment, the transfer function shown in [Equation 9] is used as the transfer function for performing the response correction.
(Equation 9)

[0027]
From FIG. 3, if k _η obtained by learning is connected to k _η which is the input of the block diagram of FIG. 2, it is possible to reflect efficiency changes other than the power generation output, and more accurate estimation of gas calories is possible. It becomes. In the present embodiment, the response is about three times that in the case where the control is performed using only the gas calorie meter 5, and it has been confirmed that the control accuracy can be greatly improved.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the gas calorie is estimated based on the power generation output of the generator, the fuel gas flow rate, and the power generation output efficiency. This has the effect of greatly reducing the dead time and time constant in the system and the gas cleaning system, and realizing quick control.
[0029]
According to the second aspect of the present invention, the power generation output efficiency of the gas turbine is estimated from the gas calorie amount on the gas turbine inlet side. In addition, there is an effect that gas calories during actual driving can be accurately estimated.
[0030]
According to the third aspect of the present invention, since the effect of the transmission delay of each element for estimating the power generation output efficiency can be removed, the gas calories during the actual operation can be accurately estimated. There is. Furthermore, since the gas calorie estimation calculation is always possible during the operation of the gas turbine, the gas calorie value can be estimated within a certain error range, and there is no need to install a gas calorie meter twice. There is.
[0031]
Further, according to the invention according to claim 4, since the gas calories can be accurately estimated, even in a gas turbine power generation system using blast furnace gas having large flammability fluctuations as a main fuel, fluctuations in power generation output are small. There is an effect that a system can be constructed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a calorie estimation device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a relationship between a calorie estimated value and a gas turbine output, an efficiency correction coefficient, and a gas flow rate according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a relationship between a gas turbine output, a gas flow rate, a gas calorie, and an efficiency correction coefficient according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... BFG main pipe, 2 ... N2 gas supply valve, 3 ... COG gas supply valve,
4 ... EP (Electric dust collector), 5 ... Gas calorie meter,
6 ... GC (gas compressor), 7 ... Gas cold (gas cooler),
8 ... gas flow regulating valve, 9 ... gas flow meter,
10 ... GT (gas turbine), 11 ... Gen (generator),
12 ... output meter, 13 ... calorie estimation device,

Claims

A fuel gas calorie calculation is performed based on a fuel gas flow rate flowing into a combustor of a gas turbine, a gas turbine power generation output, and a power generation output efficiency calculated from gas turbine operation characteristics. Estimation device.

The power output efficiency of the gas turbine is estimated from the measured value of the gas calorie meter on the gas turbine inlet side, the fuel gas flow rate, and the generator output, and the estimated value is used for the fuel gas calorie calculation. A fuel gas calorie estimating device for a gas turbine described in the item 1 above.

The estimation of the power generation output efficiency is obtained by multiplying each of the power generation output and the fuel gas flow rate by a phase adjustment element for matching the response speed of the gas calorie measurement, the gas calorie amount, and the gas turbine operating characteristics. The calculated power generation output efficiency is calculated to estimate a power generation efficiency correction coefficient, and the power generation output efficiency is corrected using the power generation efficiency correction coefficient. Fuel gas calorie estimation device for gas turbine.

The fuel gas calorie estimation device for a gas turbine according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel gas is blast furnace gas.

A gas turbine comprising the fuel gas calorie estimating device for a gas turbine according to any one of claims 1 to 4.