【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置に係り、特に高価な計測システムを採用することなく、各燃焼器用配管の燃料流量を確実に監視できるようにしたガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンプラントは、空気圧縮機とガスタービンとの間に燃焼器を複数個組み込み、これらの燃焼器に圧縮機からの圧縮空気を導き、燃料を添加し燃焼ガスを生成し、この生成した高温高圧の燃焼ガスをガスタービン本体に送ってタービン軸を回転させ、動力を得るように構成されている。
【０００３】
ところで、前記ガスタービンの燃料は、燃料タンクまたは燃料母管から複数系統の燃料配管により引き出され、圧力調節弁や流量調節弁を通過した後にマニホールドと称する分岐管により複数の燃焼器用配管に分配されるようになっている。この燃焼器用配管に分配された燃料は、さらに燃料ヘッダから複数の燃料ノズルに分配されて燃焼器内へと供給される。
【０００４】
分岐管により分配された燃料流量、あるいは燃料ヘッダから個々の燃料ノズルに供給される燃料流量を計測するには、個々に温度プローブ、圧力計、流量計およびデータ収録装置等を設置する必要があり、これらは高価であるため、各燃料配管へ供給される燃料流量は計測されていないのが実情である。
【０００５】
前記燃料ノズルあるいは燃料配管に異常状態（例えば、異物が詰まったり、漏洩が生じた場合）が生じた場合には、各燃焼器間での燃料供給量に偏りが生じ、燃焼器の燃焼状態が設計状態から外れるとともにタービンへ供給される燃焼ガス温度にも偏りが生じるためタービン翼も悪条件に曝されることになる。
【０００６】
なお、複数の燃焼器への燃料供給量の偏りを検知する技術としては、ガスタービン本体の後流にて計測する排気スプレッドを監視するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
すなわち図１０に示すように、排気部４８に、燃焼器４３と同一円周位置に配置した複数個の燃焼器と同一個数の排ガス温度検出器４９を設置している。この温度検出器４９で排ガス温度分布を測定し、そのバラツキが高温部品の熱応力許容範囲以上である場合、該当する燃焼器への燃料量を燃料調節弁４４にて調節するものである。
【０００８】
また、この他にも従来の燃料流量制御装置として図１１に示されるものがある（例えば、特許文献２）。
図１１において、燃料は入口配管５３から主管５１へ流入し、さらに支管５２によって燃焼器５４へ導かれる。各配管の流量計５７および５８と、燃焼器の空気流路５５に設置した流量計５９の出力をもとに、演算器６０にて燃空比の偏差を小さくするようにコントローラ６１にて流量調整弁５６を制御するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特公平６−５２０５６号公報
【特許文献２】
特開平９−１８９２４２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
最近のガスタービンプラントにおいては、更なる低ＮＯｘ化の観点で予混合燃焼を取り入れているため、燃料系統が増加し、複雑化する傾向にある。燃料系統の増加、複雑化により燃料ノズルおよび燃料配管に係わる異常が生じる危険性も増加し、燃焼器の燃料配分も安定した設計通りの運転を実現するためには、精度の高い燃料流量制御が求められている。
【００１１】
このような現状にありながら、個々の燃焼器へ供給される燃料流量は十分に管理されておらず、燃料系統の異常を検出する手段は排気スプレッドの偏りから間接的に推測するに留まっている。
【００１２】
しかし排気スプレッド監視のみでは、異常が生じた燃焼器の特定が困難であること、異常原因が燃料系、空気系のいずれによるものであるかを特定することが困難であること、異常部位が燃焼器なのかタービン本体なのか特定するのが困難であること等の課題を有しており、モニタリングが十分であるとはいえない。
【００１３】
従来のガスタービン燃焼器では、各燃料系統ごとに計測される燃料総量は監視されるが、燃料マニホールドおよび燃料ヘッダから個々の燃料ノズルへ分配される燃料流量はコストの観点から計測されなかったか、あるいは計測した場合にはコストが高くつくといった課題が残っている。
【００１４】
本発明は、以上述べた事情に鑑みなされたもので、複数の燃焼器へ供給される個々の燃料流量の偏り、さらには燃料供給系統の異常を安価に、大規模な設備改造をすることなく監視できるガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ガスタービン燃料を複数の燃焼器の燃料ノズルへ分配する燃料供給系統を備えたガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置において、前記それぞれの燃料供給系統を構成する燃料配管に圧力取出部を設け、この圧力取出部で取り出した圧力を導圧管を介してマノメータに集合し、液面高さの差を計測することにより、各燃料配管に供給される燃料流量の偏差を監視することを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、前記圧力取出部が静圧取出口あるいは全圧プローブであることを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明は、ガスタービン燃料を複数の燃焼器の燃料ノズルへ分配する燃料供給系統を備えたガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置において、前記分岐後のそれぞれの燃料供給系統の燃料配管に全圧プローブおよび静圧取出口を設置し、これら全圧プローブおよび静圧取出口をそれぞれ全圧導圧管および静圧導圧管介して単一のマノメータに集合し、液面高さの差を計測することにより、各燃料配管に供給される燃料流量の偏差を監視することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１乃至３に係る発明によれば、分岐後の各燃料配管から静圧、全圧のいずれかあるいは両方を引き出し、マノメータに集合して液面高さの差を計測することによって、個々に高価な燃料流量計測機器を使用することなく、ガスタービン燃焼器の燃料流量の偏差を監視または監視制御を行うことができる。
【００１８】
さらに、請求項４記載の発明は、前記各燃料配管に対する燃料圧力計測位置を任意に選定し、対応するマノメータのそれぞれの液面零点位置を予め個々に設定しておき、この設定値と流量計測時の実際の水位との差の配管間の偏差を監視することを特徴とするものである。
この発明によれば、マノメータの零点との指示差の配管間の偏差を監視することにより、燃料系統の異常等を検知することができる。
【００１９】
さらに、請求項５項に記載の発明は、前記各燃料配管に供給される燃料流量の偏差を監視し、この燃料流量偏差から最適な燃料配分となるよう前記流量調節弁を制御することを特徴とするものである。
この発明によれば、燃焼器への燃料供給の偏りを是正することができ、燃焼状態を設計状態に維持することができる。
【００２０】
さらに、請求項６記載の発明は、前記マノメータでの液面高さの表示値を監視カメラで検出し、この検出信号をディジタル処理して監視または制御に供することを特徴とするものである。
この発明によれば、マノメータでの液面高さの表示値を監視カメラで検出するようにしたので、マノメータ設置場所から離れた場所にいてもモニタ等により燃焼燃料の供給状態を把握することができる。
【００２１】
さらに、請求項７記載の発明は、前記各燃料配管に供給される燃料流量の偏差が予め設定した予定値を越えた場合、その旨出力することを特徴とするものである。
この発明によれば、万一、燃料流量の偏差が予め設定した予定値を越えた場合でも、運転員に報知することができるので、運用上大変便利である。
【００２２】
さらにまた、請求項８記載の発明は、燃料流量偏差を計測するための圧力取出口およびマノメータを、同一燃料系統配管に少なくとも２箇所以上設置し、燃料配管の異常発生位置を特定することを特徴とするものである。
この発明によれば、燃料配管の異常発生位置を特定することができる。
【００２３】
さらにまた、請求項９記載の発明は、測定した燃料流量の偏差を一定時間間隔ごとに記憶して燃料流量偏差の経時的変化を監視し、予め設定した偏差値を越えた場合にその旨報知することを特徴とするものである。
この発明によれば、燃料流量偏差の経時的な累積値が予め設定した偏差値を越えた場合に燃料系統配管の点検、や洗浄の時期を報知することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の各実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第１の実施の形態を示すシステム構成図である。
燃料母管１は圧力調節弁２を経て分岐管（マニホールド）により複数列例えばＭ列の燃料系統Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、〜Ｆｍに分岐されている。この燃料系統Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、〜Ｆｍは、それぞれ流量計３および流量調節弁４を介した上で、さらに燃焼器の個数に応じてｎ個に分岐され、それぞれ燃料配管Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎを経て燃焼器１〜Ｎに接続されるように構成されている。
【００２６】
そして、前記各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎには、同一断面に形成した圧力取出部６−１、６−２、６−３、・・・６−ｎを設けるとともに、分岐部近傍の下流にそれぞれの燃料流量を調節するための流量調節弁５−１、５−２、５−３、…５−ｎを設けている。７−１、７−２、…７−ｎは前記圧力取出部６−１、６−２、６−３、・・・６−ｎに設けた静圧取出口であり、導圧管８−１、８−２、８−３、…８−ｎを介して燃料流量偏差監視用マノメータ（以下、単にマノメータと称する）９Ｓへと連通している。
【００２７】
このマノメータ９Ｓに表示された各水位は、前記各静圧取出口７−１、７−２、…７−ｎにおける静圧に対応しており、その静圧そのものは前記各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎの燃料流量に対応しているため、マノメータ９Ｓにおいて各水位の差すなわち水位偏差を監視することが、前記各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎの燃料流量の偏差を監視することになる。
【００２８】
１０は前記マノメータ９に表示されている各水位を映像として捉え、監視モニタ１１によって表示するための監視カメラであり、例えばＣＣＤカメラ、工業用カメラ等で構成されている。なお、この監視カメラ１１の出力信号がディジタルデータであれば、後のデータ処理に便利である。また、１２はディジタル演算装置であり、この監視カメラ１０の出力信号を入力し、入力信号がアナログデータの場合は先ずディタルデータに変換してから演算処理し、入力信号がディジタルデータの場合はそのまま演算処理して燃料流量偏差を求め、この偏差を比較監視したり、その偏差に基づいて各燃料配管の燃料流量が最適な配分となるように、前記各流量調節弁５−１、５−２、…５−ｎに弁開度信号を出力したり、あるいは燃料流量偏差が所定値以上の場合、モニタ１１に警報表示やガイダンスを出力するように機能する。勿論音による警報であってもよい。
【００２９】
本実施の形態は、前記マノメータ９Ｓの各水位が等しいか若しくはそれぞれの水位の偏差が大きく異ならない場合には、各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎに供給する燃料流量が適正であると判定し、各流量調節弁５−１、５−２、５−３、…５−ｎの調節は行わない。
【００３０】
しかし、前記水位偏差が予め設定してある許容値から外れた場合、各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…Ｐｎに供給する燃料流量が最適な配分となるように、前記流量調節弁５−１、５−２、…５−ｎの弁開度をそれぞれ調節する。また、必要に応じて警報表示やガイダンスを出力する。
【００３１】
なお、以上の本実施の形態では、監視カメラ１０で前記マノメータ９Ｓの指示水位を映像として撮影し、モニタ１１に表示したり、ディジタル演算処理装置１２で各流量制御弁５を調節する場合について説明したが、これら、監視カメラ１０、モニタ１１、ディジタル演算処理装置１２を設置せずに、運転員が直接前記マノメータ９Ｓを監視し、手動で前記流量調節弁５−１、５−２、…５−ｎを調節するようにしてもよい。
【００３２】
本実施の形態は、以上述べたように、分岐後の各燃料配管から静圧を引き出し、マノメータ９Ｓに集合して液面高さの差を計測する構成したので、マノメータ９Ｓの各水位を監視あるいは監視制御することにより、安価な設備費で各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎに供給する燃料流量を最適な状態制御することができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第２の実施の形態を示すシステム構成図である。
本実施の形態において、第１の実施の形態の構成部品と同一部分には同一符号を付して重複する説明をさけ、異なる部分について説明する。
【００３４】
本実施の形態は第１の実施の形態の同一断面形状の各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…Ｐｎの圧力取出部６−１、６−２、・・・６−ｎを、前記静圧取出口７−１、７−２、…７−ｎに替えて、全圧プローブ１３−１、１３−２、・・・１３−ｎとしたものである。
【００３５】
この全圧プローブ１３−１、１３−２、・・・１３−ｎの場合も、燃料流量偏差監視マノメータ９Ｔの各水位が各燃料配管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…Ｐｎの全圧に応じて表示されるため、第１の実施の形態の場合と同様の作用効果を奏すことができる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第３の実施の形態を示すシステム構成図である。
本実施の形態において、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態の構成部品と同一部分には同一符号を付して重複する説明をさけ、異なる部分について説明する。
【００３７】
本実施の形態は、各燃料配管Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎの同一断面形状の圧力取出部６−１、６−２、・・・６−ｎに静圧口７−１、７−２、・・・７−ｎと、全圧プローブ１３−１、１３−２、・・・１３−ｎの２系統設け、さらにそれぞれの導圧管８−１、８−２、…８−ｎ、８’−１、８’−２、…８’−ｎを静圧用マノメータ９Ｓと、全圧用マノメータ９Ｔとに集合させた構成としたものである。
【００３８】
本実施の形態によれば、静圧監視による燃料流量偏差と、全圧監視による燃料流量偏差との両方を監視あるいは監視制御するようにしたもので、燃料系統の異常等を検知することができる。
【００３９】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第４の実施の形態を示すシステム構成図である。
本実施の形態において、第１の実施の形態から第３の実施の形態までの構成部品と同一部分には同一符号を付して重複する説明を避け、異なる部分について説明する。
【００４０】
本実施の形態は、同一断面形状の各燃料配管の圧力取出部６−１、６−２、・・・６−ｎを、静圧取出口７と全圧プローブ１３−１、１３−２、・・・１３−ｎの２系統設け、さらに導圧管８−１、８−２、…８−ｎ、８’−１、８’−２、…８’−ｎを全圧および静圧偏差監視用マノメータ１４に集合させて、全圧および静圧の両方を監視する構成としたものである。
本実施の形態においても、全圧および静圧の両方を用いて燃料流量偏差を監視することで、燃料系統の異常等を検知することができる。
【００４１】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第５の実施の形態を示すシステム構成図である。
第１の実施の形態から第４の実施の形態の構成部品と同一部分には同一符号を付して重複する説明を避け、異なる部分について説明する。
【００４２】
本実施の形態は、好ましくは第１の実施の形態から第４の実施の形態におけるいずれか一つの実施の形態と組み合わされて実施されるもので、燃料ヘッダ１５による分岐後の同一断面形状の圧力取出部に全圧プローブ１３−１、…あるいは静圧取出口７−１、…設け、図示しない流量偏差監視マノメータに集合させる構成としたものであり、その他は既に説明した実施の形態と同様に構成される。すなわち流量監視マノメータは図３に示した流量監視マノメータ７Ｓ，９Ｔ、あるいは図４に示した流量監視マノメータ１４などとすることができる。
【００４３】
本実施形態によれば、各燃料配管に供給される燃料流量が適正であるかだけでなく、各燃焼器に設けられる燃料ノズルでの流量が適正であるかを判定することができる。
【００４４】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第６の実施の形態を示すシステム構成図である。
第１から第５の実施の形態の構成部品と同一部分には同一符号を付して重複する説明を避け、異なる部分について説明する。
【００４５】
本実施の形態は以上説明した、第１の実施の形態から第５の実施の形態におけるいずれか一つの実施の形態と組み合わされて実施されるもので、異なる長さ、方向および位置のしかも同一断面形状の各燃料配管に、１６なる圧力取出部（全圧プローブあるいは静圧口）を設け、各圧力を導圧管によってマノメータ１７に集合させる構成としたものである。
【００４６】
このマノメータ１７には予め個々の各配管圧力損失に対応する零点位置を予め設定しておき、零点との指示差の配管間の偏差を監視して燃料流量偏差を監視し、燃料系統の異常等を検知することができる。また、燃料圧力計測長さ、方向、位置も任意に選定することができる。
このマノメータ１７の表示値をモニタに表示するためあるいは各種監視制御用に利用するため、監視カメラで撮影するようにしてもよい。
【００４７】
（第７の実施の形態）
本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第７の実施の形態の例を図７（ａ）〜（ｄ）に示す。
本実施の形態は、第１の実施の形態から第６の実施の形態のいずれか一つの実施の形態と組み合わされて実施されるものであり、測定した燃料流量の偏差から燃料ノズル、燃料配管の詰まりあるいは漏洩の発生と判断し、その旨表示したり警報を発するようになっている。
【００４８】
図７（ａ）は特定の燃料配管の全圧が他管よりも小さい場合、（ｂ）は特定の燃料配管の全圧が他管よりも大きい場合、（ｃ）は特定の燃料配管の静圧が他管よりも小さい場合、（ｄ）は特定の燃料配管の静圧が他管よりも大きい場合の異常判断例を示している。
【００４９】
（第８の実施の形態）
本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第８の実施の形態を図８を用いて示す。
第１の実施の形態から第７の実施の形態の構成部品と同一部分には同一符号を付して重複する説明を避け、異なる部分について説明する。
【００５０】
本実施の形態は、燃料流量偏差を計測するための圧力取出部（静圧取出部）７１−１、７１−２、７１−ｎ、７２−１、７２−２、７２−ｎおよびマノメータ９Ｓ−１、９Ｓ−２を同一燃料系統配管に少なくとも２箇所以上設置し、２箇所以上に設置したマノメータ９Ｓ−１、９Ｓ−２の表示値を監視することにより、燃料配管の異常発生位置を特定するようにしたものである。
なお、静圧の代わりに全圧を用いても、あるいは全圧と静圧の双方を用いてもよい。
【００５１】
（経時的燃料流量偏差と警報値との関係）
図９は、以上のべたガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の実施の形態における経時的な燃料流量偏差と警報値との関係を示す概念図であり、図示しないディジタル演算装置によって、測定した燃料流量の偏差を一定時間間隔ごとに順次記憶して燃料流量偏差の経時的変化を監視し、予め設定した偏差値を越えた場合に燃料系統配管に対する「要点検」あるいは「要洗浄」等のメッセージを運転員に知らせるようにしたものである。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置は、分岐後の各燃料配管から静圧、全圧のいずれかあるいは両方を引き出し、マノメータに集合して液面高さの差を計測することによって、個々に高価な燃料流量計測機器を使用することなく、燃料流量の偏差を監視または監視制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第１の実施の形態を示すシステム概略図。
【図２】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第２の実施の形態を示すシステム概略図。
【図３】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第３の実施の形態を示すシステム概略図。
【図４】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第４の実施の形態を示すシステム概略図。
【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第５の実施の形態を示すシステム概略図。
【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第６の実施の形態を示すシステム概略図。
【図７】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第７の実施の形態を示す異常判断例。
【図８】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置の第８の実施の形態を示すシステム概略図。
【図９】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料流量監視制御装置のいずれかの実施の形態に用いられる経時的燃料流量偏差と警報値との関係を示す概念図。
【図１０】従来のガスタービン燃焼温度制御装置の実施の形態を示す燃料制御システム図。
【図１１】従来のガスタービンの燃料流量制御装置の実施の形態を示す燃料制御システム図。
【符号の説明】
１…燃料タンクまたは燃料母管、２…流量計、３…圧力調節弁、４…流量調節弁、５…流量調節弁、６…圧力取出部、７−１…静圧取出口、８−１，…，８’−１…導圧管、９Ｓ，９Ｔ，１４，１７…燃料流量偏差監視マノメータ、１０…監視カメラ、１１…モニタ、１２…ディジタル演算装置、１３…全圧プローブ、１５…燃料ヘッダ、１６…全圧プローブ（静圧取出口）。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor, and more particularly to a fuel flow rate control system for a gas turbine combustor which can reliably monitor the fuel flow rate of each combustor pipe without employing an expensive measurement system. It relates to a monitoring control device.
[0002]
[Prior art]
A gas turbine plant incorporates a plurality of combustors between an air compressor and a gas turbine, guides compressed air from the compressor to these combustors, adds fuel, generates combustion gas, and generates the generated high-temperature gas. It is configured to send high-pressure combustion gas to the gas turbine body to rotate the turbine shaft to obtain power.
[0003]
By the way, the fuel of the gas turbine is drawn from a fuel tank or a fuel main pipe by a plurality of fuel pipes, and after passing through a pressure control valve or a flow control valve, is distributed to a plurality of combustor pipes by a branch pipe called a manifold. It has become so. The fuel distributed to the combustor piping is further distributed from the fuel header to a plurality of fuel nozzles and supplied into the combustor.
[0004]
In order to measure the fuel flow distributed by the branch pipe or the fuel flow supplied from the fuel header to individual fuel nozzles, it is necessary to separately install temperature probes, pressure gauges, flow meters, and data recording devices. Since these are expensive, the actual flow rate of fuel supplied to each fuel pipe is not measured.
[0005]
When an abnormal state (for example, when a foreign substance is clogged or leaks) occurs in the fuel nozzle or the fuel pipe, the fuel supply amount among the respective combustors is biased, and the combustion state of the combustor is changed. Since the temperature deviates from the design state and the temperature of the combustion gas supplied to the turbine also becomes uneven, the turbine blades are also exposed to bad conditions.
[0006]
As a technique for detecting a deviation in the amount of fuel supplied to a plurality of combustors, there is a technique for monitoring an exhaust spread measured in the downstream of a gas turbine body (for example, see Patent Document 1).
[0007]
That is, as shown in FIG. 10, the same number of exhaust gas temperature detectors 49 as the plurality of combustors arranged at the same circumferential position as the combustor 43 are installed in the exhaust part 48. The exhaust gas temperature distribution is measured by the temperature detector 49, and if the variation is equal to or larger than the allowable range of the thermal stress of the high-temperature component, the fuel amount to the corresponding combustor is adjusted by the fuel control valve 44.
[0008]
FIG. 11 shows another conventional fuel flow control device (for example, Patent Document 2).
In FIG. 11, fuel flows from an inlet pipe 53 into a main pipe 51, and is further guided to a combustor 54 by a branch pipe 52. Based on the outputs of the flow meters 57 and 58 of each pipe and the flow meter 59 installed in the air flow path 55 of the combustor, the controller 61 controls the calculator 61 so that the deviation of the fuel-air ratio is reduced. The control valve 56 is controlled.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 6-52056 [Patent Document 2]
JP-A-9-189242
[Problems to be solved by the invention]
In recent gas turbine plants, premixed combustion is introduced from the viewpoint of further lowering NOx, so that the fuel system tends to increase and become complicated. With the increase and complexity of the fuel system, the risk of abnormalities related to the fuel nozzles and fuel piping increases, and the fuel distribution of the combustor requires stable fuel flow control. It has been demanded.
[0011]
Despite this situation, the flow rate of fuel supplied to each combustor is not sufficiently controlled, and the means for detecting an abnormality in the fuel system only infers indirectly from the bias of the exhaust spread. .
[0012]
However, it is difficult to identify the combustor in which the abnormality occurred only by monitoring the exhaust spread, it is difficult to identify whether the abnormality is caused by the fuel system or the air system, However, it is difficult to identify whether it is a vessel or a turbine body, and monitoring cannot be said to be sufficient.
[0013]
In a conventional gas turbine combustor, the total amount of fuel measured for each fuel system is monitored.However, the fuel flow distributed from the fuel manifold and the fuel header to the individual fuel nozzles has not been measured from the viewpoint of cost. Alternatively, there remains a problem that the cost is high when the measurement is performed.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of reducing deviations in the flow rates of individual fuels supplied to a plurality of combustors and further abnormalities in a fuel supply system at low cost without large-scale equipment modification. It is an object of the present invention to provide a fuel flow monitoring control device for a gas turbine combustor that can be monitored.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a fuel flow monitoring and controlling device for a gas turbine combustor having a fuel supply system for distributing gas turbine fuel to fuel nozzles of a plurality of combustors, A pressure extraction unit is provided in a fuel pipe constituting the fuel supply system of the present invention, and the pressure extracted from the pressure extraction unit is collected in a manometer via a pressure guiding pipe, and the difference in the liquid level is measured, so that each fuel pipe is measured. It monitors the deviation of the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell.
[0016]
The invention according to claim 2 is characterized in that the pressure extracting portion is a static pressure outlet or a full-pressure probe.
According to a third aspect of the present invention, in the fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor provided with a fuel supply system for distributing gas turbine fuel to fuel nozzles of a plurality of combustors, each fuel supply after the branch is provided. A total pressure probe and a static pressure outlet are installed in the fuel pipe of the system, and these full pressure probes and a static pressure outlet are assembled into a single manometer via a full pressure impulse line and a static pressure impulse line, respectively. By measuring the difference in height, the deviation of the fuel flow rate supplied to each fuel pipe is monitored.
[0017]
According to the invention according to Claims 1 to 3, one or both of the static pressure and the total pressure are drawn out from each fuel pipe after branching, and collected in a manometer to measure a difference in liquid level, so that individual fuel pipes can be individually measured. It is possible to monitor or monitor and control the deviation of the fuel flow rate of the gas turbine combustor without using expensive fuel flow rate measuring equipment.
[0018]
Further, according to the present invention, the fuel pressure measurement position for each of the fuel pipes is arbitrarily selected, the liquid level zero positions of the corresponding manometers are individually set in advance, and the set value and flow rate measurement are performed. The present invention is characterized in that a deviation between pipes of a difference from an actual water level at the time is monitored.
According to the present invention, it is possible to detect an abnormality in the fuel system or the like by monitoring the deviation between the pipes of the indicated difference from the zero point of the manometer.
[0019]
Further, the invention according to claim 5 is characterized in that a deviation of a fuel flow rate supplied to each of the fuel pipes is monitored, and the flow rate control valve is controlled so as to obtain an optimal fuel distribution based on the fuel flow rate deviation. It is assumed that.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the bias of fuel supply to a combustor can be corrected and a combustion state can be maintained in a design state.
[0020]
Further, the invention according to claim 6 is characterized in that the display value of the liquid level on the manometer is detected by a monitoring camera, and this detection signal is digitally processed for monitoring or control.
According to the present invention, since the display value of the liquid level in the manometer is detected by the monitoring camera, the supply state of the combustion fuel can be grasped by a monitor or the like even at a place away from the manometer installation place. it can.
[0021]
Further, the invention according to claim 7 is characterized in that, when the deviation of the fuel flow rate supplied to each of the fuel pipes exceeds a predetermined value set in advance, the fact is output.
According to the present invention, even when the deviation of the fuel flow rate exceeds a predetermined value set in advance, it is possible to notify the operator, which is very convenient in operation.
[0022]
Further, the invention according to claim 8 is characterized in that at least two or more pressure outlets and a manometer for measuring a fuel flow rate deviation are installed in the same fuel system piping, and a position where an abnormality occurs in the fuel piping is specified. It is assumed that.
According to the present invention, it is possible to specify a position where an abnormality has occurred in a fuel pipe.
[0023]
Further, according to the present invention, the deviation of the measured fuel flow rate is stored at regular time intervals to monitor a temporal change of the fuel flow deviation, and when the deviation exceeds a preset deviation value, the fact is notified. It is characterized by doing.
According to the present invention, when the accumulated value of the fuel flow rate deviation over time exceeds a preset deviation value, it is possible to report the timing of inspection and cleaning of the fuel system piping and cleaning.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a fuel flow rate monitoring control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
The fuel mother pipe 1 is branched into a plurality of rows, for example, M rows of fuel systems F1, F2, F3, to Fm through a pressure control valve 2 by a branch pipe (manifold). The fuel systems F1, F2, F3, F4,..., Fm are each branched via a flow meter 3 and a flow control valve 4, and further branched into n according to the number of combustors. ,... Pn are connected to the combustors 1 to N.
[0026]
Each of the fuel pipes P1, P2,... Pn is provided with a pressure extraction portion 6-1, 6-2, 6-3,. Are provided with flow rate control valves 5-1, 5-2, 5-3,..., 5-n for adjusting respective fuel flow rates. 7-n are static pressure outlets provided in the pressure extracting portions 6-1, 6-2, 6-3,... 6-n, and are pressure guiding tubes 8-1. , 8-2, 8-3,..., 8-n to a fuel flow deviation monitoring manometer (hereinafter simply referred to as a manometer) 9S.
[0027]
Each water level displayed on the manometer 9S corresponds to the static pressure at each of the static pressure outlets 7-1, 7-2,... 7-n, and the static pressure itself corresponds to each of the fuel pipes P1, P2. ,.. Pn, monitoring the difference between the water levels, that is, the water level deviations in the manometer 9S, monitors the deviations in the fuel flow rates of the fuel pipes P1, P2,. .
[0028]
Reference numeral 10 denotes a surveillance camera for capturing each water level displayed on the manometer 9 as an image and displaying the image on a surveillance monitor 11, and is composed of, for example, a CCD camera, an industrial camera, or the like. If the output signal of the monitoring camera 11 is digital data, it is convenient for the subsequent data processing. Reference numeral 12 denotes a digital arithmetic unit which receives an output signal of the surveillance camera 10, converts the input signal into analog data when the input signal is analog data, and then performs an arithmetic processing. The flow rate deviation is obtained by directly calculating the fuel flow rate deviation, and the deviation is compared and monitored. Based on the deviation, the flow rate control valves 5-1 and 5-5-are adjusted so that the fuel flow rate of each fuel pipe is optimally distributed. The function is to output a valve opening signal to 2,..., 5-n, or to output an alarm display or guidance to the monitor 11 when the fuel flow rate deviation is equal to or more than a predetermined value. Of course, an alarm by sound may be used.
[0029]
This embodiment determines that the fuel flow rates supplied to the fuel pipes P1, P2,... Pn are appropriate when the respective water levels of the manometer 9S are equal or the deviations of the respective water levels do not greatly differ. , 5-n are not adjusted.
[0030]
However, when the water level deviation deviates from a preset allowable value, the flow control valve 5-1 is controlled so that the fuel flow supplied to each of the fuel pipes P1, P2, P3,. ,..., 5-n are respectively adjusted. Also, an alarm display and guidance are output as needed.
[0031]
In the above-described embodiment, a case will be described in which the monitoring camera 10 captures an image of the indicated water level of the manometer 9S as an image and displays it on the monitor 11 or adjusts each flow control valve 5 with the digital processing unit 12. However, the operator directly monitors the manometer 9S without installing the monitoring camera 10, the monitor 11, and the digital processing unit 12, and manually operates the flow rate control valves 5-1, 5-2,. −n may be adjusted.
[0032]
As described above, in this embodiment, since the static pressure is extracted from each fuel pipe after branching and collected in the manometer 9S to measure the difference in liquid level, each water level of the manometer 9S is monitored. Alternatively, by monitoring and controlling, it is possible to control the optimal flow rate of the fuel supplied to each of the fuel pipes P1, P2,.
[0033]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a system configuration diagram showing a second embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
In the present embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be avoided, and different portions will be described.
[0034]
In this embodiment, the pressure outlets 6-1, 6-2,... 6-n of the fuel pipes P1, P2, P3,. The total pressure probes 13-1, 13-2,..., 13-n are used instead of the outlets 7-1, 7-2,.
[0035]
Also in the case of the total pressure probes 13-1, 13-2,..., 13-n, the respective water levels of the fuel flow deviation monitoring manometer 9T are displayed according to the total pressures of the fuel pipes P1, P2, P3,. Therefore, the same operation and effect as in the case of the first embodiment can be obtained.
[0036]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a system configuration diagram showing a third embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
In the present embodiment, the same components as those of the first embodiment or the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted, and different portions will be described.
[0037]
In the present embodiment, static pressure ports 7-1, 7-2,... Are formed in pressure extraction portions 6-1, 6-2,. .. 7-n and two systems of total pressure probes 13-1, 13-2,... 13-n are provided, and pressure guiding tubes 8-1, 8-2,. , 8'-n are assembled into a static pressure manometer 9S and a total pressure manometer 9T.
[0038]
According to the present embodiment, both the fuel flow rate deviation based on the static pressure monitoring and the fuel flow rate deviation based on the total pressure monitoring are monitored or monitored and controlled, so that an abnormality in the fuel system can be detected. .
[0039]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a system configuration diagram showing a fourth embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
In the present embodiment, the same components as those of the first embodiment to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be avoided, and different portions will be described.
[0040]
In the present embodiment, the pressure outlets 6-1, 6-2,... 6-n of the fuel pipes having the same cross-sectional shape are connected to the static pressure outlet 7 and the total pressure probes 13-1, 13-2, ... Two systems of 13-n are provided, and the pressure guiding tubes 8-1, 8-2,..., 8-n, 8'-1, 8'-2,. It is configured to be assembled on a manometer 14 for monitoring both the total pressure and the static pressure.
Also in the present embodiment, by monitoring the fuel flow deviation using both the total pressure and the static pressure, an abnormality in the fuel system can be detected.
[0041]
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a system configuration diagram showing a fifth embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
The same components as those of the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0042]
This embodiment is preferably implemented in combination with any one of the first to fourth embodiments, and has the same sectional shape after branching by the fuel header 15. A total pressure probe 13-1,... Or a static pressure outlet 7-1,... Is provided in a pressure extraction section, and is assembled to a flow rate deviation monitoring manometer (not shown). Is configured. That is, the flow monitoring manometer can be the flow monitoring manometers 7S and 9T shown in FIG. 3, or the flow monitoring manometer 14 shown in FIG.
[0043]
According to the present embodiment, it is possible to determine not only whether the flow rate of the fuel supplied to each fuel pipe is appropriate, but also whether the flow rate at the fuel nozzle provided in each combustor is appropriate.
[0044]
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a system configuration diagram showing a sixth embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
The same parts as those of the components of the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be avoided, and different parts will be described.
[0045]
This embodiment is implemented in combination with any one of the first to fifth embodiments described above, and has different lengths, directions, and positions, and is the same. Each fuel pipe having a cross-sectional shape is provided with 16 pressure extraction portions (full-pressure probe or static pressure port), and each pressure is collected in a manometer 17 by a pressure guiding tube.
[0046]
In the manometer 17, a zero point position corresponding to each individual pipe pressure loss is set in advance, and the deviation of the indicated difference from the zero point between the pipes is monitored to monitor the fuel flow rate deviation, and the abnormality of the fuel system, etc. Can be detected. Further, the length, direction, and position of the fuel pressure measurement can be arbitrarily selected.
In order to display the display value of the manometer 17 on a monitor or to use it for various monitoring controls, an image may be taken by a monitoring camera.
[0047]
(Seventh embodiment)
FIGS. 7A to 7D show an example of a seventh embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
This embodiment is implemented in combination with any one of the first to sixth embodiments. The fuel nozzle and the fuel pipe are determined based on the deviation of the measured fuel flow rate. It is determined that clogging or leakage has occurred, and a display or an alarm is issued to that effect.
[0048]
7A shows a case where the total pressure of a specific fuel pipe is lower than that of another pipe, FIG. 7B shows a case where the total pressure of a specific fuel pipe is higher than that of another pipe, and FIG. (D) shows an example of abnormality determination when the static pressure of a specific fuel pipe is higher than that of another pipe when the pressure is lower than that of another pipe.
[0049]
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment of the fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention will be described with reference to FIG.
The same parts as those of the components of the first to seventh embodiments are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be avoided, and different parts will be described.
[0050]
In the present embodiment, the pressure extraction units (static pressure extraction units) 71-1, 71-2, 71-n, 72-1, 72-2, 72-n and the manometer 9S- for measuring the fuel flow rate deviation. 1, 9S-2 are installed in at least two or more locations in the same fuel system piping, and by monitoring the display values of the manometers 9S-1 and 9S-2 installed in two or more locations, an abnormality occurrence position of the fuel piping is specified. It is like that.
Note that the total pressure may be used instead of the static pressure, or both the total pressure and the static pressure may be used.
[0051]
(Relation between fuel flow deviation over time and alarm value)
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the relationship between the fuel flow deviation over time and the alarm value in the embodiment of the solid-state gas turbine combustor fuel flow monitoring and control apparatus, which was measured by a digital arithmetic unit (not shown). The fuel flow deviation is sequentially stored at regular time intervals to monitor the change over time in the fuel flow deviation. If the deviation exceeds a preset value, the fuel system piping must be inspected or cleaned. The message is sent to the operator.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, the fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention draws out one or both of the static pressure and the total pressure from each of the branched fuel pipes, collects them in a manometer and collects the liquid level. By measuring the difference, it is possible to monitor or control the deviation of the fuel flow rate without using individually expensive fuel flow rate measuring equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system schematic diagram showing a first embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 2 is a system schematic diagram showing a second embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic system diagram showing a third embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 4 is a system schematic diagram showing a fourth embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 5 is a system schematic diagram showing a fifth embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 6 is a system schematic diagram showing a sixth embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 7 is an abnormality determination example showing a seventh embodiment of the fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 8 is a system schematic diagram showing an eighth embodiment of a fuel flow rate monitoring and control device for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a relationship between a fuel flow deviation over time and an alarm value used in any of the embodiments of the fuel flow monitoring and controlling apparatus for a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 10 is a fuel control system diagram showing an embodiment of a conventional gas turbine combustion temperature control device.
FIG. 11 is a fuel control system diagram showing an embodiment of a conventional fuel flow control device for a gas turbine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel tank or fuel pipe, 2 ... Flow meter, 3 ... Pressure control valve, 4 ... Flow control valve, 5 ... Flow control valve, 6 ... Pressure extracting part, 7-1 ... Static pressure outlet, 8-1 , ..., 8'-1 ... pressure guide tube, 9S, 9T, 14,17 ... fuel flow deviation monitoring manometer, 10 ... monitoring camera, 11 ... monitor, 12 ... digital operation device, 13 ... full pressure probe, 15 ... fuel header , 16 ... total pressure probe (static pressure outlet).
