JP2003113721A - ガスタービン燃焼器における燃料比率調節方法及び装置 - Google Patents

ガスタービン燃焼器における燃料比率調節方法及び装置

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JP2003113721A JP2001307855A JP2001307855A JP2003113721A JP 2003113721 A JP2003113721 A JP 2003113721A JP 2001307855 A JP2001307855 A JP 2001307855A JP 2001307855 A JP2001307855 A JP 2001307855A JP 2003113721 A JP2003113721 A JP 2003113721A
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Kuniaki Aoyama
邦明 青山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイロット燃料とメイン燃料の供給比率を適
正に保つことにより燃焼振動や失火等の不安定燃焼を排
除し、低NOX 化を図れるようにしたガスタービン燃焼
器における燃料比率調節方法及び装置を提供する。 【解決手段】 発電機出力の入力装置1が出力する発電
機出力LGEN に対応した燃料比率制御信号CSOを、燃
焼用空気と燃料の少なくともいずれか一方の条件変化に
応じて補正してパイロット比率制御を行なう。燃焼用空
気の条件変化としては、圧縮機オンライン翼洗浄実施、
大気湿度及び大気圧力等の変化であり、燃料の条件変化
としては燃料成分の変化である。この他、ガスタービン
劣化係数や発電機出力の変化率によって補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パイロットノズル
とメインノズルを具えたガスタービン燃焼器において、
パイロットノズルに対し供給されるパイロット燃料と、
メインノズルに供給されるメイン燃料との燃料比率を制
御するためのガスタービン燃焼器燃料比率制御方法及び
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンの燃焼器では、燃焼を安定
して維持させるためパイロットノズルを採用し、パイロ
ットノズルとメインノズルの2つで燃焼を行なうことが
多い。パイロットノズルでは、拡散タイプの燃焼が行な
われ、全燃料の約10%のパイロット燃料によってパイ
ロット火炎が保持される。残りの約90%の燃料はメイ
ンノズルに供給されるメイン燃料であり、そのメイン燃
料は空気と予め混合されて予混合燃焼される。
【0003】燃焼によって発生するNOX を減らすため
には、拡散タイプの燃焼であるパイロット燃料を最少に
するのが好ましいが、パイロット燃料を少なくすると燃
焼状況の変化により燃焼が不安定となり却ってNOX
増加する事態が発生する。このような状況から、最少の
パイロット燃料で安定した燃焼を行わせることが必要で
あり、このため、パイロット燃料とメイン燃料の燃料比
率の制御はガスタービン燃焼器において極めて重要であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、パイロット
燃料とメイン燃料とを燃焼させるように構成されたガス
タービン燃焼器において、パイロット燃料とメイン燃料
の供給比率を適正に保つことにより燃焼振動や失火等の
不安定燃焼を排除し、低NOX 化を図れるようにしたガ
スタービン燃焼器における燃料比率調節方法及び装置を
提供することを課題としている。
【0005】
【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、発電機出力LGEN に対応した燃料比率制
御信号を設定し、その制御信号を燃焼器に供給される燃
焼用空気と燃料又はそのいずれか一方の条件変化に応じ
て補正してパイロット比率制御を行なうようにしたガス
タービン燃焼器における燃料比率調節方法を提供する。
【0006】本発明の燃料比率調節方法においては、燃
料比率制御信号は発電機出力に対応して設定されるが、
その燃料比率制御信号は、燃焼用空気と燃料又はそのい
ずれか一方の条件変化に応じて補正される。従って、本
発明による燃料比率制御信号は、燃焼用空気及び燃料の
少なくともいずれか一方の条件変化を加味しつつ発電機
出力に正確に対応したものとなって燃料比率を適正に保
つことが可能となり、ガスタービン燃焼における低NO
X 化を実現可能となる。
【0007】また、本発明は、前記した課題を解決する
ため、発電機出力LGEN と、燃焼器の車室内空気圧力P
2 を基に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN
F(P2 )を演算し、このαに対応して燃料比率制御信
号を設定し、その制御信号を燃焼器に供給される燃焼用
空気と燃料又はそのいずれか一方の条件変化に応じて補
正してパイロット比率制御を行なうようにしたガスター
ビン燃焼器における燃料比率調節方法を提供する。
【0008】本発明の燃料比率調節方法においては、燃
料比率制御信号は発電機出力LGENと、燃焼器の車室内
空気圧力P2 を基にして発生された関数F(P2 )との
比α=LGEN /F(P2 )に対応して設定されるが、そ
の燃料比率制御信号は、燃焼用空気と燃料又はそのいず
れか一方の条件変化に応じて補正される。従って、本発
明による燃料比率制御信号は、燃焼用空気及び燃料の少
なくともいずれか一方の条件変化を加味しつつ発電機出
力に正確に対応したものとなって燃料比率を適正に保つ
ことが可能となり、ガスタービン燃焼における低NOX
化を実現可能となる。
【0009】本発明によるガスタービン燃焼器の燃料比
率調節方法において用いる燃焼用空気の条件変化として
は、圧縮機オンライン翼洗浄実施信号、大気中の湿度変
化信号、大気圧力の変化信号の少なくともいずれか1つ
としてよい。本発明によるガスタービン燃焼器の燃料比
率調節方法において用いる燃料の条件変化としては、燃
料成分の変化信号としてよい。
【0010】このように、本発明のガスタービン燃焼器
の燃料比率調節方法における燃料比率制御信号は、圧縮
機オンライン翼洗浄実施、大気中の湿度変化、大気圧力
及び燃料成分の変化等を加味しつつ発電機出力LGEN
燃焼器の車室内空気圧力P2を基に発生させた関数F
(P2 )との比α=LGEN /F(P2 )に正確に対応し
たものとなる。
【0011】また、本発明は、前記した課題を解決する
ため、発電機出力LGEN に対応した燃料比率制御信号を
設定し、その制御信号を発電機出力の変化率に応じて補
正してパイロット比率制御を行なうようにしたガスター
ビン燃焼器における燃料比率調節方法を提供する。本発
明のこの燃料比率調節方法によれば、発電機出力の変化
率を加味して発電機出力の変化に対し適正に対応したパ
イロット比率制御信号に基づくパイロット比率制御が行
なわれる。
【0012】また、本発明は、前記した課題を解決する
ため、発電機出力LGEN と、燃焼器の車室内空気圧力P
2 を基に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN
F(P2 )を演算し、このαに対応して燃料比率制御信
号を設定し、その制御信号を発電機出力の変化率に応じ
て補正してパイロット比率制御を行なうようにしたガス
タービン燃焼器における燃料比率調節方法を提供する。
【0013】本発明のこの燃料比率調節方法によれば、
発電機出力の変化率を加味しつつ、発電機出力LGEN
燃焼器の車室内空気圧力P2 を基に発生させた関数F
(P2)との比α=LGEN /F(P2 )に正確に対応し
た燃料比率制御信号によりガスタービン燃焼器における
燃料比率制御が行なわれる。
【0014】更にまた、本発明は前記した課題を解決す
るため、発電機出力LGEN に対応した燃料比率制御信号
を設定、又は、発電機出力LGEN と車室内空気圧力を基
に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN /F(P
2 )に対応した燃料比率制御信号を演算して設定し、こ
うして設定された燃料比率制御信号をガスタービン劣化
係数で補正してパイロット比率制御を行うようにしたガ
スタービン燃焼器における燃料比率調節方法を提供す
る。
【0015】この場合のガスタービン劣化係数として
は、発電機出力、燃料流量、大気圧力、大気温度、燃料
成分から得てもよいし、或いは車室圧力、排ガス温度、
発電機出力から得てもよい。
【0016】こうして、本発明によれば、ガスタービン
劣化係数を加味しつつ発電機出力L GEN 又はこれと車室
内空気圧力P2 を基に発生させた関数F(P2 )との比
αに正確に対応した燃料比率制御信号によって適切に燃
料比率制御が行なわれる。
【0017】また、本発明は、前記課題を解決するため
の装置として、発電機出力LGEN と車室内空気圧力P2
を基に発生させた関数F(P2 )とが入力されその比α
=L GEN /F(P2 )を演算する演算装置と、同演算装
置からの出力が入力され燃料比率制御信号を出力する関
数設定装置と、燃焼用空気の条件、燃料の条件、及び発
電機出力の変化率の少なくともいずれか1つが入力され
て前記燃料比率制御信号を補正する加算器又は積算器
と、大気圧力及びタービン劣化係数の少なくともいずれ
か一方が入力されて前記演算装置からの出力を補正する
加算器又は積算器とを有するガスタービン燃焼器におけ
る燃料比率調節装置を提供する。
【0018】この装置によれば、燃料比率制御信号が、
燃焼用空気の条件変化、燃料の条件変化、発電機出力の
変化率、タービン劣化係数の少なくともいずれか1つに
よって補正され、パイロット燃料とメイン燃料の供給比
率を適正に保つことにより燃焼振動や失火等の不安定燃
焼を排除し、低NOX 化を図れるようにしたガスタービ
ン燃焼器における燃料比率調節を行なうことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1の
ブロック線図を用いて具体的に説明する。図1におい
て、1は発電機出力を計測し発電機出力LGEN を出力す
る入力装置、2は燃焼器車室内の空気圧力P2 を計測し
て出力する入力装置、3は関数発生器で、入力装置2か
らのP2 信号によって関数F(P2 )を発生する。4は
演算装置で、発電機出力の入力装置1からの出力LGEN
と前記した関数発生器3の出力F(P2 )とから、比α
=LGEN /F(P2 )を演算する。演算装置4で演算さ
れたαは後記する関数設定装置17へ送られる。
【0020】5は圧縮機オンライン翼洗浄実施の入力装
置で、圧縮機オンライン翼洗浄が行なわれると、それに
対応して後記する燃料比率制御信号CSOに対する補正
信号ΔCSO1を出力する。補正信号ΔCSO1は、所
定の値でもよいが、好ましくはオンライン翼洗浄入口圧
力の関数で決める。6は大気湿度の入力装置で、大気湿
度を検出して関数発生器7へ出力し、関数発生器7は、
その値に対応した補正信号ΔCSO2を出力する。
【0021】8は燃料成分の入力装置で、燃料成分を示
す信号を関数発生器9へ出力し、関数発生器9は燃料成
分の変化に対応した補正信号ΔCSO3を演算して出力
する。10は発電機出力の変化率の入力装置で、発電機
の出力が変化するとその変化率を関数発生器11に与
え、関数発生器11は、発電機出力の変化率に対応した
補正信号ΔCSO4を出力する。
【0022】12は大気圧力の入力装置で、その大気圧
力を表す信号は関数発生器13に与えられ、関数発生器
13は出力Rα1 を演算する。14は大気温度の入力装
置で、大気温度に対応した信号を出力する。15は燃料
流量の入力装置で、ガスタービン燃焼器に供給される燃
料流量に対応した信号を出力する。
【0023】16は、タービン劣化係数の入力装置で、
この入力装置16には、大気圧力の入力装置12、大気
温度の入力装置14、燃料流量の入力装置15、及び発
電機出力の入力装置1からの信号が与えられ、燃料流量
と発電機出力とから得られるタービンの劣化度を大気圧
力と大気温度で補正してタービン劣化係数Rηを演算す
る。
【0024】こうして得られたタービン劣化係数Rη
と、関数発生器13が出力する大気圧力の関数Rα
1 は、共に演算装置4が出力する発電機出力LGEN と車
室内空気圧力を基に発生させた関数F(P2 )との比α
に掛けられ、α値を補正する。その補正されたαは関数
設定装置17に入力され燃料比率制御信号CSOを出力
する。また、圧縮機オンライン翼洗浄実施の入力装置5
の補正信号ΔCSO1、関数発生器7が出す補正信号Δ
CSO2、及び関数発生器11の補正信号ΔCSO4
は、関数設定装置17が出力する燃料比率制御信号CS
Oに加算され、CSOの値を補正する。
【0025】また、関数発生器9が出力する燃料成分に
応じた補正信号RCSO3は、燃料比率制御信号18と
して出力される信号に掛けられ同信号を燃料成分の変化
に応じて補正する。
【0026】以上のようにして、発電機出力の入力装置
1からの発電機出力LGEN と車室内空気圧力の入力装置
2からの圧力を基に発生させた関数F(P2 )との比α
=L GEN /F(P2 )に対応した燃料比率制御信号CS
Oは、圧縮機オンライン翼洗浄実施、大気湿度、燃料成
分、大気圧力の変化、タービンの劣化、及び発電機出力
の変化率によって補正されて燃料比率を細く制御し、ガ
スタービン燃焼器における安定燃焼を維持することがで
きる。
【0027】以上、本発明を実施の形態に基づいて具体
的に説明したが、本発明が、この実施の形態によって何
ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示す本発
明の範囲内において種々の変形、変更を加えてよいこと
はいうまでもない。
【0028】例えば、前記した実施形態では、補正信号
ΔCSO1、ΔCSO2、ΔCSO4を燃料比率制御信
号CSOに加算し、補正関数RCSO3は燃料比率制御
信号に掛け合わせているが、これらの補正信号による燃
料比率制御信号の補正態様は任意に選択してよい。ま
た、補正信号や補正関数は全て用いることは不可欠では
なく、いずれか1つ又は2つ以上の組み合わせを任意に
行なってよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、発電機
出力LGEN に対応した燃料比率制御信号を設定し、その
制御信号を燃焼器に供給される燃焼用空気と燃料又はそ
のいずれか一方の条件変化に応じて補正してパイロット
比率制御を行なうようにしたガスタービン燃焼器におけ
る燃料比率調節方法を提供する。
【0030】本発明の燃料比率調節方法においては、燃
料比率制御信号は発電機出力に対応して設定されるが、
その燃料比率制御信号は、燃焼用空気と燃料又はそのい
ずれか一方の条件変化に応じて補正され、発電機出力に
正確に対応したものとなって燃料比率を適正に保つこと
が可能となり、ガスタービン燃焼における低NOX 化を
実現可能となる。
【0031】また、本発明は、前記した課題を解決する
ため、発電機出力LGEN と、燃焼器の車室内空気圧力P
2 を基に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN
F(P2 )を演算し、このαに対応して燃料比率制御信
号を設定し、その制御信号を燃焼器に供給される燃焼用
空気と燃料又はそのいずれか一方の条件変化に応じて補
正してパイロット比率制御を行なうようにしたガスター
ビン燃焼器における燃料比率調節方法を提供する。
【0032】本発明の燃料比率調節方法においては、燃
料比率制御信号は発電機出力LGENと、燃焼器の車室内
空気圧力P2 を基にして発生された関数F(P2 )との
比α=LGEN /F(P2 )に対応して設定されるが、そ
の燃料比率制御信号は、燃焼用空気と燃料又はそのいず
れか一方の条件変化に応じて補正され、発電機出力に正
確に対応したものとなって燃料比率を適正に保つことが
可能となり、ガスタービン燃焼における低NOX 化を実
現可能となる。
【0033】また、本発明は、発電機出力LGEN に対応
した燃料比率制御信号を設定し、その制御信号を発電機
出力の変化率に応じて補正してパイロット比率制御を行
なうようにしたガスタービン燃焼器における燃料比率調
節方法を提供するもので、これによれば、発電機出力の
変化率を加味して発電機出力の変化に対し適正に対応し
たパイロット比率制御信号に基づくパイロット比率制御
が行なわれる。
【0034】また、本発明は、前記した課題を解決する
ため、発電機出力LGEN と、燃焼器の車室内空気圧力P
2 を基に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN
F(P2 )を演算し、このαに対応して燃料比率制御信
号を設定し、その制御信号を発電機出力の変化率に応じ
て補正してパイロット比率制御を行なうようにしたガス
タービン燃焼器における燃料比率調節方法を提供する。
【0035】本発明のこの燃料比率調節方法によれば、
発電機出力の変化率を加味しつつ発電機出力LGEN と燃
焼器の車室内空気圧力P2 を基に発生させた関数F(P
2 )との比α=LGEN /F(P2 )に正確に対応した燃
料比率制御信号によりガスタービン燃焼器における燃料
比率制御が行なわれる。
【0036】更にまた、本発明は前記した課題を解決す
るため、発電機出力LGEN に対応した燃料比率制御信号
を設定、又は、発電機出力LGEN と車室内空気圧力を基
に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN /F(P
2 )に対応した燃料比率制御信号を演算して設定し、こ
うして設定された燃料比率制御信号をガスタービン劣化
係数で補正してパイロット比率制御を行うようにしたガ
スタービン燃焼器における燃料比率調節方法を提供す
る。
【0037】こうして、ガスタービン劣化係数を加味し
つつ発電機出力LGEN 又はこれと車室内空気圧力P2
基に発生させた関数F(P2 )との比αに正確に対応し
た燃料比率制御信号によって適切に燃料比率制御が行な
われる。
【0038】また、本発明は、発電機出力LGEN と車室
内空気圧力P2 を基に発生させた関数F(P2 )とが入
力されその比α=LGEN /F(P2 )を演算する演算装
置と、同演算装置からの出力が入力され燃料比率制御信
号を出力する関数設定装置と、燃焼用空気の条件、燃料
の条件、及び発電機出力の変化率の少なくともいずれか
1つが入力されて前記燃料比率制御信号を補正する加算
器又は積算器と、大気圧力及びタービン劣化係数の少な
くともいずれか一方が入力されて前記演算装置からの出
力を補正する加算器又は積算器とを有するガスタービン
燃焼器における燃料比率調節装置を提供する。
【0039】この装置によれば、燃料比率制御信号が、
燃焼用空気の条件変化、燃料の条件変化、発電機出力の
変化率、タービン劣化係数の少なくともいずれか1つに
よって補正されたものとすることにより、パイロット燃
料とメイン燃料の供給比率を適正に保ち、燃焼振動や失
火等の不安定燃焼を排除し、低NOX 化を図れるように
した燃料比率調節が行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示すブロック線図。
【符号の説明】
1 発電機出力の入力装置 2 車室内空気圧力の入力装置 3 関数発生器 4 演算装置 5 圧縮機オンライン翼洗浄実施の入力装置 6 大気湿度の入力装置 7 関数発生器 8 燃料成分の入力装置 9 関数発生器 10 発電機出力の変化率の入力装置 11 関数発生器 12 大気圧力の入力装置 13 関数発生器 14 大気温度の入力装置 15 燃料流量の入力装置 16 タービン劣化係数の入力装置 17 関数設定装置 18 燃料比率制御信号

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機出力LGEN に対応した燃料比率制
    御信号を設定し、その制御信号を燃焼器に供給される燃
    焼用空気と燃料又はそのいずれか一方の条件変化に応じ
    て補正してパイロット比率制御を行なうことを特徴とす
    るガスタービン燃焼器における燃料比率調節方法。
  2. 【請求項2】 発電機出力LGEN と、燃焼器の車室内空
    気圧力P2 を基に発生させた関数F(P2 )との比α=
    GEN /F(P2 )を演算し、このαに対応して燃料比
    率制御信号を設定し、その制御信号を燃焼器に供給され
    る燃焼用空気と燃料又はそのいずれか一方の条件変化に
    応じて補正してパイロット比率制御を行なうことを特徴
    とするガスタービン燃焼器における燃料比率調節方法。
  3. 【請求項3】 燃焼用空気の前記条件変化が、圧縮機オ
    ンライン翼洗浄実施信号、大気中の湿度変化信号、及び
    大気圧力の変化信号の少なくともいずれか1つによって
    与えられることを特徴とする請求項1又は2に記載のガ
    スタービン燃焼器における燃料比率調節方法。
  4. 【請求項4】 燃料の前記条件変化が、燃料成分の変化
    信号により与えられることを特徴とする請求項1又は2
    に記載のガスタービン燃焼器における燃料比率調節方
    法。
  5. 【請求項5】 発電機出力LGEN に対応した燃料比率制
    御信号を設定し、その制御信号を発電機出力の変化率に
    応じて補正してパイロット比率制御を行なうことを特徴
    とするガスタービン燃焼器における燃料比率調節方法。
  6. 【請求項6】 発電機出力LGEN と、燃焼器の車室内空
    気圧力P2 を基に発生させた関数F(P2 )との比α=
    GEN /F(P2 )を演算し、このαに対応して燃料比
    率制御信号を設定し、その制御信号を発電機出力の変化
    率に応じて補正してパイロット比率制御を行なうことを
    特徴とするガスタービン燃焼器における燃料比率調節方
    法。
  7. 【請求項7】 発電機出力LGEN に対応した燃料比率制
    御信号を設定し、発電機出力、燃料流量、大気圧力、大
    気温度、燃料成分から得られたガスタービン劣化係数に
    応じて前記燃料比率制御信号を補正してパイロット比率
    制御を行なうことを特徴とするガスタービン燃焼器にお
    ける燃料比率調節方法。
  8. 【請求項8】 発電機出力LGEN に対応した燃料比率制
    御信号を設定し、車室圧力、排ガス温度、発電機出力か
    ら得られたガスタービン劣化係数に応じて前記燃料比率
    制御信号を補正してパイロット比率制御を行なうことを
    特徴とするガスタービン燃焼器における燃料比率調節方
    法。
  9. 【請求項9】 発電機出力LGEN と、車室内空気圧力を
    基に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN /F
    (P2 )に対応した燃料比率制御信号を演算し、発電機
    出力、燃料流量、大気圧力、大気温度、燃料成分から得
    られたガスタービン劣化係数に応じて前記燃料比率制御
    信号を補正してパイロット比率制御を行なうことを特徴
    とするガスタービン燃焼器における燃料比率調節方法。
  10. 【請求項10】 発電機出力LGEN と、車室内空気圧力
    を基に発生させた関数F(P2 )との比α=LGEN /F
    (P2 )に対応した燃料比率制御信号を演算し、車室圧
    力、排ガス温度、発電機出力から得られたガスタービン
    劣化係数に応じて前記燃料比率制御信号を補正してパイ
    ロット比率制御を行なうことを特徴とするガスタービン
    燃焼器における燃料比率調節方法。
  11. 【請求項11】 発電機出力LGEN と車室内空気圧力P
    2 を基に発生させた関数F(P2 )とが入力されその比
    α=LGEN /F(P2 )を演算する演算装置(4)と、
    同演算装置からの出力が入力され燃料比率制御信号(1
    8)を出力する関数設定装置(17)と、燃焼用空気の
    条件、燃料の条件、及び発電機出力の変化率の少なくと
    もいずれか1つが入力されて前記燃料比率制御信号(1
    8)を補正する加算器又は積算器と、大気圧力及びター
    ビン劣化係数の少なくともいずれか一方が入力されて前
    記演算装置(4)からの出力を補正する加算器又は積算
    器とを有することを特徴とするガスタービン燃焼器にお
    ける燃料比率調節装置。
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