JP2000046332A - ガス状の燃料でガスタ―ビンを運転する方法及び装置 - Google Patents
ガス状の燃料でガスタ―ビンを運転する方法及び装置Info
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンを運転する方法であって、燃焼
室にてガス状の燃料を燃焼し、その際に発生した熱い燃
焼ガスをタービンを通して導き、ガス状の燃料を燃焼室
に、多数の並列に働く、制御可能な、単数又は複数の同
心的な、ほぼ円形のリングに配置されたバーナを介して
供給し、燃焼室に燃料孔を介して吹込む形式のものにお
いて、高い確実性と種々異なる運転範囲での順応性を簡
単な形式で達成すること。 【解決手段】 バーナをそれぞれ１つのリングのバーナ
を有する少なくとも２つのバーナグループ（４０−４
２）に分け、これらのバーナグループをタービンの運転
状態に関連して個別に制御すること。
室にてガス状の燃料を燃焼し、その際に発生した熱い燃
焼ガスをタービンを通して導き、ガス状の燃料を燃焼室
に、多数の並列に働く、制御可能な、単数又は複数の同
心的な、ほぼ円形のリングに配置されたバーナを介して
供給し、燃焼室に燃料孔を介して吹込む形式のものにお
いて、高い確実性と種々異なる運転範囲での順応性を簡
単な形式で達成すること。 【解決手段】 バーナをそれぞれ１つのリングのバーナ
を有する少なくとも２つのバーナグループ（４０−４
２）に分け、これらのバーナグループをタービンの運転
状態に関連して個別に制御すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンの分野
に関連する。本発明は、燃焼室においてガス状の燃料が
燃焼させられ、その際に発生する熱い燃焼ガスがガスタ
ービンに導かれるガスタービンを運転する方法であっ
て、ガス状の燃料が燃焼室に、並列に働く、制御可能
な、単数又は同心的な複数の、ほぼ円形リングに配置さ
れた多数のバーナを介して供給され、かつ燃焼室へ燃料
孔を介して吹込まれる形式の方法に関する。
に関連する。本発明は、燃焼室においてガス状の燃料が
燃焼させられ、その際に発生する熱い燃焼ガスがガスタ
ービンに導かれるガスタービンを運転する方法であっ
て、ガス状の燃料が燃焼室に、並列に働く、制御可能
な、単数又は同心的な複数の、ほぼ円形リングに配置さ
れた多数のバーナを介して供給され、かつ燃焼室へ燃料
孔を介して吹込まれる形式の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンは次第に、燃料が稀薄であ
る前混技術を有する多重バーナを備えるようになってき
ている。この場合には燃料と燃焼空気はできるだけ一様
に前混合され、そのあとではじめて火炎に供給される。
これが高い空気過剰率で行われると、比較的に低い火炎
温度が生じ、ひいては窒素酸化物の形成がわずかにな
る。
る前混技術を有する多重バーナを備えるようになってき
ている。この場合には燃料と燃焼空気はできるだけ一様
に前混合され、そのあとではじめて火炎に供給される。
これが高い空気過剰率で行われると、比較的に低い火炎
温度が生じ、ひいては窒素酸化物の形成がわずかにな
る。
【０００３】ガスタービンの幾何学的な形状に相応して
多数のバーナはしばしば環状にリング燃焼室の形で配置
される。このようなガスタービン−リング燃焼室はＥＰ
−０５９７１３７Ｂ１号及びＥＰ−０５９７１３８Ｂ１
号により公知である。この場合には液状又はガス状燃料
は多重のリングを成して配置されたバーナに、燃料供給
リングを介して供給される。そこで燃料はリング燃焼室
へ吹込まれかつ燃焼させられる。同様にバーナへの水の
供給も燃料供給リングの横に配置された水リングを介し
て保証される。
多数のバーナはしばしば環状にリング燃焼室の形で配置
される。このようなガスタービン−リング燃焼室はＥＰ
−０５９７１３７Ｂ１号及びＥＰ−０５９７１３８Ｂ１
号により公知である。この場合には液状又はガス状燃料
は多重のリングを成して配置されたバーナに、燃料供給
リングを介して供給される。そこで燃料はリング燃焼室
へ吹込まれかつ燃焼させられる。同様にバーナへの水の
供給も燃料供給リングの横に配置された水リングを介し
て保証される。
【０００４】ガス状の燃料を使用した場合には、負荷状
態の種類、運転状態にあるバーナの数、エミッション値
又は似たようなガスタービン特性値に応じて、個々のバ
ーナの異なる運転形式が多かれ少なかれ有利である。ダ
ブルコーンバーナの場合には例えば、いわゆるパイロッ
トモードで、ガス状の燃料がダブルコーンバーナの基部
の中央で、いわゆるパイロットガス孔を介して燃焼空気
に添加されることができる。このように運転されたバー
ナは火炎温度の高く、きわめて安定した火炎が生じると
いう点ですぐれているが、不都合なエミッション値をも
たらす。他面においては前混合モードではダブルコーン
バーナの場合には、ガス状の燃料が円錐領域で前混合ガ
ス孔を通って側方から燃焼空気に添加される。前混合モ
ードで運転されるバーナの火炎は、火炎温度が低く、こ
れに伴って有利なエミッション値が得られるという利点
を有しているが、パイロットモードで運転されるバーナ
よりも安定性が著しく低いという欠点がある。ダブルコ
ーンバーナは原則的にはガス状の燃料が一方又は他方の
孔から吹込まれるかに応じて順次又は平行して両方の上
記運転形式で、運転できるように構成されることができ
る。
態の種類、運転状態にあるバーナの数、エミッション値
又は似たようなガスタービン特性値に応じて、個々のバ
ーナの異なる運転形式が多かれ少なかれ有利である。ダ
ブルコーンバーナの場合には例えば、いわゆるパイロッ
トモードで、ガス状の燃料がダブルコーンバーナの基部
の中央で、いわゆるパイロットガス孔を介して燃焼空気
に添加されることができる。このように運転されたバー
ナは火炎温度の高く、きわめて安定した火炎が生じると
いう点ですぐれているが、不都合なエミッション値をも
たらす。他面においては前混合モードではダブルコーン
バーナの場合には、ガス状の燃料が円錐領域で前混合ガ
ス孔を通って側方から燃焼空気に添加される。前混合モ
ードで運転されるバーナの火炎は、火炎温度が低く、こ
れに伴って有利なエミッション値が得られるという利点
を有しているが、パイロットモードで運転されるバーナ
よりも安定性が著しく低いという欠点がある。ダブルコ
ーンバーナは原則的にはガス状の燃料が一方又は他方の
孔から吹込まれるかに応じて順次又は平行して両方の上
記運転形式で、運転できるように構成されることができ
る。
【０００５】冒頭に述べた形式のガスタービンが無負荷
運転から負荷運転に上昇運転させられると、しばしば望
ましくない結果が生じる。特に上昇運転の所定の時相と
部分負荷運転で、強い煙及び窒素酸化物の発生の可能性
があり、バーナが消え、さらにガスタービンが不都合な
博動が発生する惧れがある。
運転から負荷運転に上昇運転させられると、しばしば望
ましくない結果が生じる。特に上昇運転の所定の時相と
部分負荷運転で、強い煙及び窒素酸化物の発生の可能性
があり、バーナが消え、さらにガスタービンが不都合な
博動が発生する惧れがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ガス
状の燃料で運転されるガスタービンの上昇運転も部分負
荷運転も確実で、複雑ではない、有害成分の少ない形式
で可能である方法と装置とを提供することである。
状の燃料で運転されるガスタービンの上昇運転も部分負
荷運転も確実で、複雑ではない、有害成分の少ない形式
で可能である方法と装置とを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、冒頭に
述べた形式の方法において、バーナが少なくとも２つの
バーナグループに分けられており、これらのバーナグル
ープがそれぞれ前記リングの１つのバーナを有し、これ
らのバーナグループがガスタービンの運転状態に関連し
て個別に制御されることにより解決された。本発明に従
って、個別にガス状の燃料で制御可能なバーナグループ
を使用することにより、燃焼室の条件は、申し分なくガ
スタービンの運転状態に適合させられる。この結果、上
昇運転及び部分負荷運転はガスタービンにおけるコント
ロールされた燃焼及び流れ条件のもとで可能になる。
述べた形式の方法において、バーナが少なくとも２つの
バーナグループに分けられており、これらのバーナグル
ープがそれぞれ前記リングの１つのバーナを有し、これ
らのバーナグループがガスタービンの運転状態に関連し
て個別に制御されることにより解決された。本発明に従
って、個別にガス状の燃料で制御可能なバーナグループ
を使用することにより、燃焼室の条件は、申し分なくガ
スタービンの運転状態に適合させられる。この結果、上
昇運転及び部分負荷運転はガスタービンにおけるコント
ロールされた燃焼及び流れ条件のもとで可能になる。
【０００８】本発明の方法の有利な実施例は、ガスター
ビンのバーナが少なくとも２つの時相で順次点火されか
つ／又は接続されること、すなわちガス状の燃料が供給
されることを特徴としている。この場合、接続は有利に
はタービンの回転数、タービンにかかる負荷又はタービ
ンから放出される煙ガスに関連して行われる。さらに同
様に上記特性値に関連してガス状の燃料の供給を変化さ
せることができる。このような形式で基準条件に応じて
リング燃焼室の最適な燃焼状態を簡単な形式で調節でき
るようになる。
ビンのバーナが少なくとも２つの時相で順次点火されか
つ／又は接続されること、すなわちガス状の燃料が供給
されることを特徴としている。この場合、接続は有利に
はタービンの回転数、タービンにかかる負荷又はタービ
ンから放出される煙ガスに関連して行われる。さらに同
様に上記特性値に関連してガス状の燃料の供給を変化さ
せることができる。このような形式で基準条件に応じて
リング燃焼室の最適な燃焼状態を簡単な形式で調節でき
るようになる。
【０００９】この実施例の有利な別の構成の特徴は、前
述のバーナグループのグループ分けが少なくとも部分的
に、異なる運転モードで行われていること、つまり所定
のバーナが複数の異なる運転形式で運転されることであ
る。特に前混合モードとパイロットモードとに分けるこ
とは、煙及び窒素酸化物の阻止と安定しかつ消火しない
火炎との間のコンプロミスを申し分なく実現するのにき
わめて適した燃焼状態をリング燃焼室に調節することを
可能にする。
述のバーナグループのグループ分けが少なくとも部分的
に、異なる運転モードで行われていること、つまり所定
のバーナが複数の異なる運転形式で運転されることであ
る。特に前混合モードとパイロットモードとに分けるこ
とは、煙及び窒素酸化物の阻止と安定しかつ消火しない
火炎との間のコンプロミスを申し分なく実現するのにき
わめて適した燃焼状態をリング燃焼室に調節することを
可能にする。
【００１０】ガスタービンが無負荷から負荷又は部分負
荷運転に上昇運転されるとバーナグループは上昇運転の
異なる時相にて順次接続される。この場合、異なる時相
の間の境界は有利にはタービンの回転数、タービンにか
かる負荷及び／又はタービンが放出するエミッションに
関連して決定される。
荷運転に上昇運転されるとバーナグループは上昇運転の
異なる時相にて順次接続される。この場合、異なる時相
の間の境界は有利にはタービンの回転数、タービンにか
かる負荷及び／又はタービンが放出するエミッションに
関連して決定される。
【００１１】他の実施態様は従属請求項に記載してあ
る。
る。
【００１２】
【実施例】図１には本発明によるリング燃焼室の制御が
概略的に示されている。このような制御は例えばＡＢＢ
の公知のＥＹ１７バーナを有するＡＢＢのガスタービン
ＧＴ１３Ｅ２において可能である。ガス状の燃料は供給
導管１１を介してバーナシステムに供給される。この場
合、供給は主遮断弁１２により調整できる。燃料はまず
フィルタ１３において、次いでシーブ１４で浄化され、
そのあとで高速遮断弁１５を介して調整可能にバーナ近
辺の領域に達する。バーナグループ４０−４２の分割に
応じてバーナ導管は燃料供給リング２１−２３に分けら
れる。これらの燃料供給リング２１−２３は制御弁１８
−２０を介して個別に制御可能である。燃料供給リング
２１−２３は燃料供給リング出口２４−２６を有し、こ
れらの燃料供給リング出口２４−２６を介して各バーナ
グループ４０−４２のバーナ２７にガス状の燃料が供給
される。当該グループ４０−４２のバーナ２７の運転形
式に応じてバーナ２７は異なって制御される。バーナ２
７がパイロットモード３０で運転されると、燃料はまず
バーナ弁２９を通って流れ、次いで直接的にコーンバー
ナ２７の根本においてパイロットガス孔を通って中央に
吹込まれる。他面においてバーナ２７が前混合モード３
１で運転されると、ガス状の燃料はバーナ弁２９のあと
でコーン領域にて前混合ガス孔を通って燃焼空気流へ吹
込まれる。
概略的に示されている。このような制御は例えばＡＢＢ
の公知のＥＹ１７バーナを有するＡＢＢのガスタービン
ＧＴ１３Ｅ２において可能である。ガス状の燃料は供給
導管１１を介してバーナシステムに供給される。この場
合、供給は主遮断弁１２により調整できる。燃料はまず
フィルタ１３において、次いでシーブ１４で浄化され、
そのあとで高速遮断弁１５を介して調整可能にバーナ近
辺の領域に達する。バーナグループ４０−４２の分割に
応じてバーナ導管は燃料供給リング２１−２３に分けら
れる。これらの燃料供給リング２１−２３は制御弁１８
−２０を介して個別に制御可能である。燃料供給リング
２１−２３は燃料供給リング出口２４−２６を有し、こ
れらの燃料供給リング出口２４−２６を介して各バーナ
グループ４０−４２のバーナ２７にガス状の燃料が供給
される。当該グループ４０−４２のバーナ２７の運転形
式に応じてバーナ２７は異なって制御される。バーナ２
７がパイロットモード３０で運転されると、燃料はまず
バーナ弁２９を通って流れ、次いで直接的にコーンバー
ナ２７の根本においてパイロットガス孔を通って中央に
吹込まれる。他面においてバーナ２７が前混合モード３
１で運転されると、ガス状の燃料はバーナ弁２９のあと
でコーン領域にて前混合ガス孔を通って燃焼空気流へ吹
込まれる。
【００１３】図２はリング燃焼室を断面してバーナグル
ープ４０−４２の分割と一緒に、ガス流動方向に抗して
示した図である。７２のバーナの３つのバーナグループ
４０−４２は適当なマーキングによって示してある。塗
りつぶされた丸は１／４前混合バーナグループ４０の１
８のバーナ２７を表し、空の丸は前混合モード３１で運
転されると前混合バーナグループ４１の３／４を成し、
パイロットモード３０で運転されると、内部パイロット
される３／４バーナグループ４２を形成する５４のバー
ナを示している。換言すれば、両方のバーナグループ４
１と４２は同じバーナから形成され、両方のバーナグル
ープは図１に示されている形式でバーナ２７の制御形式
だけが異なっている。
ープ４０−４２の分割と一緒に、ガス流動方向に抗して
示した図である。７２のバーナの３つのバーナグループ
４０−４２は適当なマーキングによって示してある。塗
りつぶされた丸は１／４前混合バーナグループ４０の１
８のバーナ２７を表し、空の丸は前混合モード３１で運
転されると前混合バーナグループ４１の３／４を成し、
パイロットモード３０で運転されると、内部パイロット
される３／４バーナグループ４２を形成する５４のバー
ナを示している。換言すれば、両方のバーナグループ４
１と４２は同じバーナから形成され、両方のバーナグル
ープは図１に示されている形式でバーナ２７の制御形式
だけが異なっている。
【００１４】図３には各バーナグループに対するガスの
分配が％で、無負荷運転から全負荷運転（１００％）又
は過負荷運転（＞１００％）へ上昇運転する場合の全負
荷に対するガスタービンにかけられた負荷をパーセント
で表した関数として示されている。
分配が％で、無負荷運転から全負荷運転（１００％）又
は過負荷運転（＞１００％）へ上昇運転する場合の全負
荷に対するガスタービンにかけられた負荷をパーセント
で表した関数として示されている。
【００１５】ガスタービンを停止状態から無負荷運転に
もたらすことはガス状の燃料を使用した場合には簡単で
ある。この場合にはガスタービンは約６００ｒｐｍに外
部から加速される。次いでこの回転数のもとで燃料はタ
ービン出口温度に関連して吹込まれかつ点火される。こ
の場合には内部パイロットされた３／４バーナグループ
４２の５４のバーナだけが使用される。この場合、上記
ガスタービンにとっては６００−７００ｇｒ／ｓの典型
的なガス流が有利である。
もたらすことはガス状の燃料を使用した場合には簡単で
ある。この場合にはガスタービンは約６００ｒｐｍに外
部から加速される。次いでこの回転数のもとで燃料はタ
ービン出口温度に関連して吹込まれかつ点火される。こ
の場合には内部パイロットされた３／４バーナグループ
４２の５４のバーナだけが使用される。この場合、上記
ガスタービンにとっては６００−７００ｇｒ／ｓの典型
的なガス流が有利である。
【００１６】ガスタービンの無負荷運転から全負荷運転
へ上昇運転する第１の時相においては、運転は無負荷へ
の上昇運転の場合と同じである。つまり内部パイロット
された３／４バーナグループ４２の５４のバーナだけが
使用され、単に次第に多くのガス状の燃料が供給され
る。これによって低い負荷範囲における火炎の安定性が
保証される。
へ上昇運転する第１の時相においては、運転は無負荷へ
の上昇運転の場合と同じである。つまり内部パイロット
された３／４バーナグループ４２の５４のバーナだけが
使用され、単に次第に多くのガス状の燃料が供給され
る。これによって低い負荷範囲における火炎の安定性が
保証される。
【００１７】約２０％負荷の場合には他の２つのバーナ
グループ４０と４１が接続される。したがって第２の時
相５１においては３つのバーナグループ４０−４２がす
べて働く。これはバーナグループ４１，４２のバーナが
両方の運転モードで並列に運転されることを意味する。
３つのバーナグループのガス供給は第２の時相５１にお
いては異なっている。３／４の内部パイロットされたバ
ーナグループ４２は、連続的により少ないガス状の燃料
で制御され、切換え点５２、つまり有利には約５０％負
荷では、３／４の内部パイロットされたバーナグループ
４２には、まだ、総ガス流の約２５％しか供給されな
い。他面においては前混合バーナグループ４０と４１は
相応に増加するガス量で制御される。３／４の前混合バ
ーナグループ４１は切換え点５２において約４０％の相
対ガス量で終る。つまりバーナグループ４１と４２のバ
ーナの燃料の供給は次第に多く内部パイロットされた運
転形式から前混合制御へ移動する。第２の時相５１にお
いては、付加的に１／４前混合バーナグループ４０も上
昇運転され、しかも３／４前混合バーナグループ４１よ
りも著しく強く上昇運転される。すなわち、切換え点５
２では燃料量の約３６％が１／４前混合グループ４０の
１８のバーナだけに供給制御される。つまり、このバー
ナーグループはきわめて濃厚な燃料で運転される。これ
は空気に対する燃料比φがガスタービンにかかる負荷の
関数としてプロットされている図４からも明らかであ
る。第１の時相６０においては３／４の内部パイロット
されたバーナグループ４２のバーナが比較的に稀薄であ
るが次第に増大制御される（φは約０．１８から０．３
に上昇する）。これに対し、第２の時相６１では混合気
密度は切換え点５２まで再び約０．１３にまで減少す
る。第２の時相６１においては前混合バーナグループが
接続されるが、しかし異なる量の燃料が供給される。３
／４の前混合バーナグループ４１はこの範囲では、比較
的に稀薄に切換え点５２における約φ＝０．２の値に上
昇運転される。これに対し１／４前混合バーナグループ
４０の１８のバーナは比較的に濃厚に切換え点５２にお
ける約φ＝０．５５に上昇運転させられる（上に述べた
特殊なバーナの場合には約２．２ｋｇ／ｓの燃料ガスが
１／４前混合バーナグループ４０のバーナに供給され
る）。内部パイロットされたバーナ（バーナグループ４
２）と外部パイロットされたバーナグループ４０のバー
ナ（バーナグループ４０はある程度バーナグループ４１
のバーナによって外部パイロットされる）との前混合
は、約２０〜５０％の負荷範囲において消火の欠点なし
で良好な窒素酸化物エミッションを得るためのベースで
ある。
グループ４０と４１が接続される。したがって第２の時
相５１においては３つのバーナグループ４０−４２がす
べて働く。これはバーナグループ４１，４２のバーナが
両方の運転モードで並列に運転されることを意味する。
３つのバーナグループのガス供給は第２の時相５１にお
いては異なっている。３／４の内部パイロットされたバ
ーナグループ４２は、連続的により少ないガス状の燃料
で制御され、切換え点５２、つまり有利には約５０％負
荷では、３／４の内部パイロットされたバーナグループ
４２には、まだ、総ガス流の約２５％しか供給されな
い。他面においては前混合バーナグループ４０と４１は
相応に増加するガス量で制御される。３／４の前混合バ
ーナグループ４１は切換え点５２において約４０％の相
対ガス量で終る。つまりバーナグループ４１と４２のバ
ーナの燃料の供給は次第に多く内部パイロットされた運
転形式から前混合制御へ移動する。第２の時相５１にお
いては、付加的に１／４前混合バーナグループ４０も上
昇運転され、しかも３／４前混合バーナグループ４１よ
りも著しく強く上昇運転される。すなわち、切換え点５
２では燃料量の約３６％が１／４前混合グループ４０の
１８のバーナだけに供給制御される。つまり、このバー
ナーグループはきわめて濃厚な燃料で運転される。これ
は空気に対する燃料比φがガスタービンにかかる負荷の
関数としてプロットされている図４からも明らかであ
る。第１の時相６０においては３／４の内部パイロット
されたバーナグループ４２のバーナが比較的に稀薄であ
るが次第に増大制御される（φは約０．１８から０．３
に上昇する）。これに対し、第２の時相６１では混合気
密度は切換え点５２まで再び約０．１３にまで減少す
る。第２の時相６１においては前混合バーナグループが
接続されるが、しかし異なる量の燃料が供給される。３
／４の前混合バーナグループ４１はこの範囲では、比較
的に稀薄に切換え点５２における約φ＝０．２の値に上
昇運転される。これに対し１／４前混合バーナグループ
４０の１８のバーナは比較的に濃厚に切換え点５２にお
ける約φ＝０．５５に上昇運転させられる（上に述べた
特殊なバーナの場合には約２．２ｋｇ／ｓの燃料ガスが
１／４前混合バーナグループ４０のバーナに供給され
る）。内部パイロットされたバーナ（バーナグループ４
２）と外部パイロットされたバーナグループ４０のバー
ナ（バーナグループ４０はある程度バーナグループ４１
のバーナによって外部パイロットされる）との前混合
は、約２０〜５０％の負荷範囲において消火の欠点なし
で良好な窒素酸化物エミッションを得るためのベースで
ある。
【００１８】切換え点５２でガス流は所定の論理回路を
使用して大きな量で切換えられる。３／４の内部パイロ
ットされたバーナグループ４２と１／４の前混合バーナ
４０は完全に切られるのに対し、３／４前混合バーナ４
１は濃厚運転に切換えられる。切換えに際しては約５
３．５％の相対負荷ですべての弁が同時に切換えられ
る。３／４の内部パイロットされたバーナグループ４２
に向う導管内の燃料ガス圧は、弁が閉じた直後でも、こ
の粗い切換えプロセスにおける消火の危険がきわめてわ
ずかになるような量の燃料がバーナの内部へ流れるよう
に高く選ばれている。これに対し、下降運転では消火を
効果的に阻止するために別のことが行われなければなら
ない。すなわち、約５３％の相対負荷では、３／４の内
部パイロットされたバーナグループ４２への導管におけ
るガス流が十分な値に達すると（これは上記バーナでは
約０．７２ｋｇ／ｓである）、前混合バーナグループ４
１への燃料供給がさしあたり減じられる。１／４の前混
合バーナグループ４０には次いで、下降運転される場合
に、内部パイロットされた３／４のバーナグループのガ
ス流がすでに所定の値を取っていると（上記例では０．
０５ｓに対し、０．１２ｋｇ／ｓ以上）、燃料が供給さ
れる。
使用して大きな量で切換えられる。３／４の内部パイロ
ットされたバーナグループ４２と１／４の前混合バーナ
４０は完全に切られるのに対し、３／４前混合バーナ４
１は濃厚運転に切換えられる。切換えに際しては約５
３．５％の相対負荷ですべての弁が同時に切換えられ
る。３／４の内部パイロットされたバーナグループ４２
に向う導管内の燃料ガス圧は、弁が閉じた直後でも、こ
の粗い切換えプロセスにおける消火の危険がきわめてわ
ずかになるような量の燃料がバーナの内部へ流れるよう
に高く選ばれている。これに対し、下降運転では消火を
効果的に阻止するために別のことが行われなければなら
ない。すなわち、約５３％の相対負荷では、３／４の内
部パイロットされたバーナグループ４２への導管におけ
るガス流が十分な値に達すると（これは上記バーナでは
約０．７２ｋｇ／ｓである）、前混合バーナグループ４
１への燃料供給がさしあたり減じられる。１／４の前混
合バーナグループ４０には次いで、下降運転される場合
に、内部パイロットされた３／４のバーナグループのガ
ス流がすでに所定の値を取っていると（上記例では０．
０５ｓに対し、０．１２ｋｇ／ｓ以上）、燃料が供給さ
れる。
【００１９】切換え点５２の上側の第３の時相ではすべ
てのバーナは前混合モード３１で運転される。この場合
にはバーナグループ４０と４１だけが働く。負荷が増大
すると、切換え点の上側で、前混合バーナグループ４０
には次第に多くのガス状の燃料が供給されるのに対し、
４／３の前混合バーナグループ４１はその前にいくらか
下降運転される。総じて切換え点５２の上側の中央の負
荷では３／４の前混合バーナグループ４１が濃厚燃料で
運転され、１／４の前混合バーナグループ４０は前より
も稀薄な燃料で運転される（図４）。
てのバーナは前混合モード３１で運転される。この場合
にはバーナグループ４０と４１だけが働く。負荷が増大
すると、切換え点の上側で、前混合バーナグループ４０
には次第に多くのガス状の燃料が供給されるのに対し、
４／３の前混合バーナグループ４１はその前にいくらか
下降運転される。総じて切換え点５２の上側の中央の負
荷では３／４の前混合バーナグループ４１が濃厚燃料で
運転され、１／４の前混合バーナグループ４０は前より
も稀薄な燃料で運転される（図４）。
【００２０】全負荷と特に過負荷範囲（＞１００％）で
はしかしながら混合気密度はきわめて似ており、約０．
５のφの値が両方のバーナグループ４０と４１とのため
に当嵌まる。
はしかしながら混合気密度はきわめて似ており、約０．
５のφの値が両方のバーナグループ４０と４１とのため
に当嵌まる。
【００２１】切換え点５２と全負荷（１００％）との間
の範囲では空気に対する燃料の比φは窒素酸化物のため
にもっとも重要であるパラメータである。しかしながら
ガスタービンの窒素酸化物の放出量をさらに適正化する
ためには値φの変化に加えて３／４の前混合バーナ４１
（この場合には主前混合バーナグループ）と１／４の前
混合バーナグループ４０（この場合には外部パイロット
された前混合バーナグループ）との５４のバーナの間の
比を変化させることが有利である。このような形式で窒
素酸化物の細かい調節と火炎安定とを達成することがで
きる。特にガスタービンハードウェアにおける変化、周
辺条件又はガスタービンにかかる負荷の迅速な変化に反
応させることができる。
の範囲では空気に対する燃料の比φは窒素酸化物のため
にもっとも重要であるパラメータである。しかしながら
ガスタービンの窒素酸化物の放出量をさらに適正化する
ためには値φの変化に加えて３／４の前混合バーナ４１
（この場合には主前混合バーナグループ）と１／４の前
混合バーナグループ４０（この場合には外部パイロット
された前混合バーナグループ）との５４のバーナの間の
比を変化させることが有利である。このような形式で窒
素酸化物の細かい調節と火炎安定とを達成することがで
きる。特にガスタービンハードウェアにおける変化、周
辺条件又はガスタービンにかかる負荷の迅速な変化に反
応させることができる。
【００２２】ガスタービンが全負荷（１００％）で運転
されると、窒素酸化物のエミッションは、換言すれば、
両方のバーナグループ４０，４１の燃料制御比を介して
適正に調節される。均一な運転のためには特に３／４
（バーナグループ４１）に対する１／４（バーナグルー
プ４０）の比が０．１から０．２５であると適正であ
る。
されると、窒素酸化物のエミッションは、換言すれば、
両方のバーナグループ４０，４１の燃料制御比を介して
適正に調節される。均一な運転のためには特に３／４
（バーナグループ４１）に対する１／４（バーナグルー
プ４０）の比が０．１から０．２５であると適正であ
る。
【００２３】ガスタービンの運転にとって実地において
特に重要であることは、迅速な負荷変動時の挙動であ
る。まさに負荷勾配が大きい場合には、バーナが消火す
る危険が生じる。切換え点５２の下側の負荷範囲ではこ
の危険は少なくともバーナ（バーナグループ４２）の部
分が安定した、内部パイロットされた運転モードで運転
されることで減少させられる。切換え点５２の上側では
迅速な負荷変動には、前混合バーナグループ４１が濃度
の高められた燃料で運転されかつ多くの燃料が供給され
るのに対し、１／４の前混合バーナグループ４０がより
稀薄な運転に下降運転させられることで反応する。この
結果、消火しない安定した火炎が形成される。特に切換
え点の著しく上側の負荷範囲ではこの適合が常により良
く行われることが明らかである。何故ならばそこでは１
／４の前混合バーナグループ４０には著しく燃料が供給
されるからである。切換え点５２のすぐ上側の範囲で
も、ガスタービンにかかる負荷の迅速な変化に反応する
ためには、バーナ内へ流入する空気をＶＩＧＶ（ｖａｒ
ｉａｂｌｅ ｉｎｌｅｔ ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅ）を介
していくらか減少調整することができる。これは同様に
空気に対する燃料の比が濃厚になり、ひいてはバーナ火
炎が安定するようになるという結果をもたらす。
特に重要であることは、迅速な負荷変動時の挙動であ
る。まさに負荷勾配が大きい場合には、バーナが消火す
る危険が生じる。切換え点５２の下側の負荷範囲ではこ
の危険は少なくともバーナ（バーナグループ４２）の部
分が安定した、内部パイロットされた運転モードで運転
されることで減少させられる。切換え点５２の上側では
迅速な負荷変動には、前混合バーナグループ４１が濃度
の高められた燃料で運転されかつ多くの燃料が供給され
るのに対し、１／４の前混合バーナグループ４０がより
稀薄な運転に下降運転させられることで反応する。この
結果、消火しない安定した火炎が形成される。特に切換
え点の著しく上側の負荷範囲ではこの適合が常により良
く行われることが明らかである。何故ならばそこでは１
／４の前混合バーナグループ４０には著しく燃料が供給
されるからである。切換え点５２のすぐ上側の範囲で
も、ガスタービンにかかる負荷の迅速な変化に反応する
ためには、バーナ内へ流入する空気をＶＩＧＶ（ｖａｒ
ｉａｂｌｅ ｉｎｌｅｔ ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅ）を介
していくらか減少調整することができる。これは同様に
空気に対する燃料の比が濃厚になり、ひいてはバーナ火
炎が安定するようになるという結果をもたらす。
【００２４】上昇運転を前述の如く複雑に実施すること
は以下の点から有利である。
は以下の点から有利である。
【００２５】−すべての負荷範囲でガスタービンのバー
ナは安定しかつ消火に対して確実に調節される。
ナは安定しかつ消火に対して確実に調節される。
【００２６】−すべての負荷範囲において、種々のグル
ープを相互に調節することが可能であることにより窒素
酸化物のエミッションが良好に保たれかつ調整される。
ープを相互に調節することが可能であることにより窒素
酸化物のエミッションが良好に保たれかつ調整される。
【００２７】−バーナグループの分割と異なる運転モー
ドは迅速な負荷の変動に対する融通性のある反応を許
し、ガスタービンの運転を一層安定させる。
ドは迅速な負荷の変動に対する融通性のある反応を許
し、ガスタービンの運転を一層安定させる。
【００２８】−運転計画が簡単でかつ確実である。
【００２９】−コントロールされた上昇及び下降運転に
よりガスタービンの順応性が高くなる。
よりガスタービンの順応性が高くなる。
【図１】燃料系とバーナとを概略的に示した図。
【図２】リング燃焼室をガス流動方向で見て概略的に示
した図。
した図。
【図３】３つのバーナリングに対する相対的な燃料分配
を、ガスタービンにかけられた負荷を全負荷に対する％
で表わした関数として示した図。
を、ガスタービンにかけられた負荷を全負荷に対する％
で表わした関数として示した図。
【図４】全負荷に対して測定された、ガスタービンにか
けられる負荷の関数として燃料−空気比を示した図。
けられる負荷の関数として燃料−空気比を示した図。
１１ 供給導管、 １２ 主遮断弁、 １３ フィル
タ、 １４ シーブ、１５ 高速遮断弁、 １６，１７
弛緩弁、 １８，１９，２０ 制御弁、 ２１，２
２，２３ 燃料供給リング、 ２４，２５，２６ 燃料
供給リング出口、２７ バーナ、 ２８ 燃料供給リン
グ出口、 ２９ バーナ弁、 ３０ パイロットモード
のバーナ、 ３１ 前混合モードのバーナ、 ４０ １
／４前混合グループ、 ４１ ３／４前混合バーナグル
ープ、 ４２ ３／４内部パイロットとされたバーナグ
ループ、 ４４ バーナリング、 ５０，５１，５３
負荷運転での運転範囲、燃料分配、 ５２ 切換え点、
６０，６１，６２ 負荷運転における運転範囲燃料／
空気比
タ、 １４ シーブ、１５ 高速遮断弁、 １６，１７
弛緩弁、 １８，１９，２０ 制御弁、 ２１，２
２，２３ 燃料供給リング、 ２４，２５，２６ 燃料
供給リング出口、２７ バーナ、 ２８ 燃料供給リン
グ出口、 ２９ バーナ弁、 ３０ パイロットモード
のバーナ、 ３１ 前混合モードのバーナ、 ４０ １
／４前混合グループ、 ４１ ３／４前混合バーナグル
ープ、 ４２ ３／４内部パイロットとされたバーナグ
ループ、 ４４ バーナリング、 ５０，５１，５３
負荷運転での運転範囲、燃料分配、 ５２ 切換え点、
６０，６１，６２ 負荷運転における運転範囲燃料／
空気比
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク ライス ドイツ連邦共和国 ラウフリンゲン アイ ヒェンドルフシュトラーセ 12 (72)発明者 ピルミン シーセル スイス国 ウンターエーレンディンゲン ティーフェンヴァーク 415 (72)発明者 シュテファン チレン スイス国 ヌンニンゲン ゼースペルシュ トラーセ 33
Claims (13)
- 【請求項１】 燃焼室においてガス状の燃料が燃焼させ
られかつその際に発生した熱い燃焼ガスがガスタービン
を通して導かれるガスタービンを運転するための方法で
あって、ガス状の燃料が燃焼室に、並列に働く、制御可
能な、単数又は同心的な複数の、ほぼ円形のリングの上
に配置されたバーナ（２７）を介して供給されかつ燃焼
室へ燃料孔を介して吹込まれる形式のものにおいて、バ
ーナ（２７）が少なくとも２つのバーナグループ（４０
−４２）に分けられており、これらのバーナグループが
前記リングの少なくとも１つのバーナを包含しており、
前記バーナグループをガスタービンの運転状態に関連し
て個別に制御することを特徴とする、ガス状の燃料でガ
スタービンを運転する方法。 - 【請求項２】 負荷がかかっていない無負荷運転から全
負荷運転にガスタービンを上昇運転する場合に、少なく
とも２つのバーナグループ（４０−４２）を少なくとも
２つの時相で順次、少なくとも部分的に点火しかつ／又
は接続する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 異なる時相におけるバーナグループ（４
０−４２）の点火及び／又は接続を、ガスタービンの回
転数及び／又はガスタービンにかかっている負荷及び／
又はガスタービンが放出するエミッションに関連して行
う、請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 個々のバーナグループ（４０−４２）の
バーナへの燃料供給を、異なる時相にて、ガスタービン
の回転数及び／又はガスタービンにかかる負荷及び／又
はガスタービンが放出するエミッションに関連して行
う、請求項２又は３記載の方法。 - 【請求項５】 バーナを少なくとも２つの運転形式（３
０，３１）で運転する、請求項１から４までのいずれか
１項記載の方法。 - 【請求項６】 少なくとも１つのバーナグループ（４
１）が他の１つのバーナグループ（４２）と同じバーナ
（２７）を有しているが、前記バーナグループにおいて
バーナ（２７）の運転形式（３０，３１）が異なってい
る、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 バーナ（２７）を、前混合孔を介してガ
ス状の燃料が側方からバーナに吹込まれる前混合モード
で運転できるか又は中央のパイロットガス孔を介して燃
料が吹込まれるパイロットモード（３０）で運転でき
る、請求項５又は６記載の方法。 - 【請求項８】 下方の負荷範囲（５０，６０）において
バーナがパイロットモード（３０）だけで運転され、中
央の負荷範囲（５１，６１）においてバーナがパイロッ
トモード（３０）でも前混合モード（３１）でも運転さ
れ、上方の負荷範囲においてバーナが前混合モードだけ
で運転される、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 上方の負荷範囲（５３，６２）におい
て、前混合モードにおいて稀薄な燃料で運転されるバー
ナ（４０）を前混合モードで濃厚な燃料で運転されるバ
ーナ（４１）によって外部からパイロットすることで燃
焼プロセスの安定性を保証する、請求項７又は８記載の
方法。 - 【請求項１０】 第１のバーナグループ（４０）がバー
ナ（２７）の総数の半分よりも少ないバーナ（２７）を
有し、この第１のバーナグループ（４０）のバーナを、
前混合モード（３１）で運転し、第２のバーナグループ
（４１）を燃焼室の残ったバーナ（２７）によって形成
し、この第２のバーナグループ（４１）のバーナ（２
７）を前混合モード（３１）で運転し、第２のバーナグ
ループのバーナ（２７）によって第３のバーナグループ
（４２）を形成し、第３のバーナグループ（４２）のバ
ーナ（２７）をパイロットモード（３０）で運転する、
請求項７から９までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項１１】 燃焼室が全部で７２のバーナを有し、
第１のバーナグループ（４０）が前記リングの上にほぼ
均等に周方向に分配された１８のバーナを有し、第２と
第３のバーナグループが残った５４のバーナを有してい
る、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 ガスタービンを負荷のかかっていない
無負荷運転から負荷運転に上昇運転する場合に、有利に
は相対負荷が０と２０％との間である第１の時相（５
０，６０）にて、第３のバーナグループ（４２）だけが
アクティブであって、この第３のバーナグループ（４
２）に、負荷が増した場合に、次第に多くの燃料を供給
し、有利には負荷が２０％と５３．５％との間である、
切換え点（５２）までの第２の時相（５１，６１）に
て、３つのバーナグループ（４０−４２）の全部がアク
ティブであり、この第２の時相（５１，６１）にて第３
のバーナグループ（４２）に、負荷が増大すると減少す
る燃料を供給するのに対し、第１のバーナグループ（４
０）と第２のバーナグループ（４１）とには次第に多く
の燃料を供給し、その際、第１のバーナグループを第２
のバーナグループよりも濃厚な燃料で運転し、５３．５
％の切換え点の上側の第３の時相（５３，６２）にて、
第３のバーナグループ（４２）を完全に遮断し、第１の
バーナグループ（４０）を稀薄な燃料でかつ第２のバー
ナグループ（４１）を濃厚な燃料で運転し、この第３の
時相（５３，６２）で負荷が増大するにつれて第１のバ
ーナグループに供給される燃料を濃厚化しかつ第２のバ
ーナグループ（４１）に供給される燃料を希薄化する、
請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 燃焼室においてガス状の燃料を燃焼さ
せ、その際に発生する熱い燃焼ガスをガスタービンを通
して導くガスタービンを運転する装置であって、ガス状
の燃料を燃焼室に、並列的に働く、制御可能な単数又は
同心的な複数の円形のリングに配置された多数のバーナ
（２７）を介して供給しかつ燃焼室に燃料孔を介して吹
込む形式のものにおいて、バーナ（２７）が少なくとも
２つのバーナグループ（４０−４２）に分割されてお
り、これらのバーナグループがそれぞれ、少なくとも１
つのリングのバーナを有し、これらのバーナグループが
ガスタービンの運転状態に関連して個別に制御されるこ
とを特徴とする、ガス状の燃料でガスタービンを運転す
る装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98810723A EP0976982B1 (de) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenbrennkammer mit gasförmigem Brennstoff |
| EP98810723.1 | 1998-07-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000046332A true JP2000046332A (ja) | 2000-02-18 |
| JP4499213B2 JP4499213B2 (ja) | 2010-07-07 |
Family
ID=8236215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21248599A Expired - Fee Related JP4499213B2 (ja) | 1998-07-27 | 1999-07-27 | ガス状の燃料でガスタービンを運転する方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6370863B2 (ja) |
| EP (1) | EP0976982B1 (ja) |
| JP (1) | JP4499213B2 (ja) |
| DE (1) | DE59810344D1 (ja) |
Cited By (3)
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