JP2003278560A - Flame-out discrimination method and gas turbine device - Google Patents

Flame-out discrimination method and gas turbine device

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JP2003278560A
JP2003278560A JP2002080972A JP2002080972A JP2003278560A JP 2003278560 A JP2003278560 A JP 2003278560A JP 2002080972 A JP2002080972 A JP 2002080972A JP 2002080972 A JP2002080972 A JP 2002080972A JP 2003278560 A JP2003278560 A JP 2003278560A
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air
fuel
fuel ratio
turbine
combustor
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Japanese (ja)
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Terence Mckelvey
テレンス マッケルヴィ
Hidefumi Marui
英史 丸井
Masahiro Miyamoto
政博 宮本
Tadashi Kataoka
匡史 片岡
Yasushi Furuya
泰 古谷
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flame-out discrimination method allowing accurate and speedy discrimination of the occurrence of flame-out, and also to provide a gas turbine device. <P>SOLUTION: This flame-out discrimination method is provided with an air-fuel ratio calculation part 31 for calculating an air-fuel ratio of air and fuel in air-fuel mixture, a temperature rise rate calculation part 18 for calculating a temperature rise rate of exhaust gas temperature measured on the downstream side of a combustor, an acceleration calculation part 16 for calculating acceleration of a turbine, and a flame-out discrimination part 18 for discriminating the occurrence of flame-out when the air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculation part 31 is below a predetermined reference air-fuel ratio, the temperature rise rate of the exhaust gas temperature calculated by the temperature rise rate calculation part 18 is minus, and the acceleration of the turbine calculated by the acceleration calculation part 16 is minus. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フレームアウト判
断方法及びガスタービン装置に係り、特に、負荷運転中
においてフレームアウトの発生を正確に判断することが
できるフレームアウト判断方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flameout determination method and a gas turbine device, and more particularly to a flameout determination method capable of accurately determining occurrence of flameout during load operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的なガスタービン装置は、回転軸を
介して回転自在に取り付けられたタービンと、燃焼ガス
を発生させるための燃焼器と、燃焼器への燃料供給量を
調節する燃料調節弁と、燃焼器に空気を圧送する空気圧
縮機と、回転軸に連結された発電機などから基本的に構
成される。
2. Description of the Related Art A general gas turbine apparatus includes a turbine rotatably mounted via a rotary shaft, a combustor for generating combustion gas, and a fuel adjustment for adjusting a fuel supply amount to the combustor. It is basically composed of a valve, an air compressor for feeding air to the combustor, a generator connected to a rotating shaft, and the like.

【0003】上述の構成において、燃料調節弁により調
節された燃料および空気圧縮機により圧縮された空気
(以下、適宜、圧縮空気という)は燃焼器に供給され、
燃焼器にて圧縮空気と燃料との混合気が形成される。そ
して、燃焼器において混合気を燃焼させて燃焼ガスを発
生させ、この燃焼ガスがタービンに供給されることによ
りタービンが高速で回転するようになっている。上述し
たように、回転軸の一端には発電機が取り付けられてお
り、回転軸を介してタービンにより発電機を駆動するこ
とで発電が行われる。
In the above structure, the fuel adjusted by the fuel control valve and the air compressed by the air compressor (hereinafter, appropriately referred to as compressed air) are supplied to the combustor,
A mixture of compressed air and fuel is formed in the combustor. Then, in the combustor, the air-fuel mixture is combusted to generate combustion gas, and the combustion gas is supplied to the turbine, whereby the turbine rotates at high speed. As described above, the generator is attached to one end of the rotating shaft, and power is generated by driving the generator with the turbine via the rotating shaft.

【0004】一般に、ガスタービン装置は、タービンを
制御対象とする制御装置を備えており、燃焼ガスの供給
を受けて回転するタービンの制御は、この制御装置によ
り行われる。この制御装置について詳述すると、例え
ば、タービンの現在の回転数を検出して演算部にフィー
ドバックし、フィードバックされた現在の回転数と予め
設定された目標回転数との偏差が最小となるように演算
部にて制御信号を演算する。そして、この制御信号に基
づいて燃料調節弁の開度を操作することにより、タービ
ンの回転数制御が行われる。
Generally, a gas turbine device is provided with a control device for controlling a turbine, and the control of a turbine which is supplied with combustion gas and rotates is performed by this control device. Explaining this control device in detail, for example, the present rotational speed of the turbine is detected and fed back to the calculation unit so that the deviation between the fed back current rotational speed and the preset target rotational speed is minimized. The control unit calculates the control signal. Then, the rotational speed of the turbine is controlled by operating the opening of the fuel control valve based on this control signal.

【0005】ところで、上述のようなガスタービン装置
においては、燃焼器に燃料を供給しながらも燃焼火炎が
突然消えてしまう、いわゆるフレームアウトという現象
が起こることがある。このフレームアウトが起こると、
ガスタービン装置が停止するのみならず、供給された燃
料或いは混合気がガスタービン装置内部に充満し、ター
ビンなどの余熱により引火して爆発するおそれがある。
従って、フレームアウトが発生した場合には、これを速
やかに検知し、燃料の供給を停止させることが極めて重
要となる。
By the way, in the gas turbine apparatus as described above, a phenomenon called so-called flameout may occur in which the combustion flame suddenly extinguishes while supplying fuel to the combustor. When this frame out happens,
Not only the gas turbine device may stop, but the supplied fuel or air-fuel mixture may fill the inside of the gas turbine device, causing ignition and explosion due to residual heat from the turbine or the like.
Therefore, when a flameout occurs, it is extremely important to promptly detect it and stop the fuel supply.

【0006】フレームアウトの発生を判断する判断要素
として、混合気における空気と燃料との質量比(または
重量比)、即ち、空燃比(エア・フューエル・レシオ、
A/Fともいう)が挙げられる。空燃比は、燃焼に供さ
れる空気と燃料との質量比、即ち、混合比であり、空気
の単位時間当たりの流量を燃料の単位時間当たりの流量
で除算することで得ることができる。なお、上述したよ
うに、空気は空気圧縮機により圧縮されて燃焼器に送ら
れ、この空気圧縮機はタービンによって駆動されるた
め、空気の流量はタービンの回転数に比例し、また、燃
料の流量は燃料調節弁の開度に比例するため、空燃比
は、タービンの回転数および燃料調節弁の開度から導く
ことができる。
As a determination factor for determining the occurrence of flameout, the mass ratio (or weight ratio) of air and fuel in the air-fuel mixture, that is, the air-fuel ratio (air fuel ratio,
(Also referred to as A / F). The air-fuel ratio is a mass ratio of air and fuel used for combustion, that is, a mixing ratio, and can be obtained by dividing the flow rate of air per unit time by the flow rate of fuel per unit time. As described above, the air is compressed by the air compressor and sent to the combustor, and the air compressor is driven by the turbine. Therefore, the flow rate of the air is proportional to the rotation speed of the turbine, and Since the flow rate is proportional to the opening of the fuel control valve, the air-fuel ratio can be derived from the rotational speed of the turbine and the opening of the fuel control valve.

【0007】フレームアウトが発生すると、燃焼ガスの
供給が停止するためタービンの回転数(空気の流量)は
減速し、減速した回転数を回復させようとするフィード
バック制御により燃料調節弁の開度(燃料の流量)が増
加するので、空燃比は低下に向かうことになる。従っ
て、フレームアウトが発生した場合に想定される空燃比
を、予めフレームアウトが発生したことを判断する基準
空燃比として設定しておけば、この基準空燃比より空燃
比が下がった場合にフレームアウトが発生したと判断す
ることができる。このことに基づき、従来のガスタービ
ン装置においては、空燃比の変化を常時監視し、この空
燃比が設定した基準空燃比を下回ったことを検知したと
きにフレームアウトが発生したと判断する判断方法が採
用されている。
When a flameout occurs, the supply of combustion gas is stopped, so that the rotational speed (flow rate of air) of the turbine is decelerated, and feedback control is performed to restore the decelerated rotational speed. Since the fuel flow rate) increases, the air-fuel ratio tends to decrease. Therefore, if the air-fuel ratio assumed when a flame-out occurs is set in advance as a reference air-fuel ratio for determining that a flame-out has occurred, if the air-fuel ratio falls below this reference air-fuel ratio Can be determined to have occurred. Based on this, in the conventional gas turbine device, a method of constantly monitoring changes in the air-fuel ratio and determining that a flameout has occurred when it is detected that this air-fuel ratio falls below a set reference air-fuel ratio Has been adopted.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のフレームアウトの判断方法では、ガスタービン
装置が受ける負荷(発電出力等)が増加した場合に、フ
レームアウトが起こったと誤って判断することがある。
この場合のガスタービン装置の様子について図4を参照
して説明する。図4は従来のガスタービン装置への負荷
が増加したときの各数値が変動する様子を経時的に示す
グラフ図である。なお、排気温度は、燃焼器の下流側の
配管に設置された排気温度測定器により測定された排気
温度を示す。
However, in the above-described conventional flameout determination method, it is possible to mistakenly determine that a flameout has occurred when the load (power generation output, etc.) received by the gas turbine device increases. is there.
The state of the gas turbine device in this case will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing changes over time in numerical values when the load on the conventional gas turbine device increases. The exhaust gas temperature indicates the exhaust gas temperature measured by an exhaust gas temperature measuring device installed in the pipe on the downstream side of the combustor.

【0009】図4に示すように、ガスタービン装置への
負荷(LOAD)が増加すると、必然的にタービンの回
転数(Number of Revolutions、NR)が低下する。
すると、この回転数を上昇させようとするフィードバッ
ク制御により燃料の供給が増加するため、フレームアウ
トが生じた場合と同様に、空燃比(A/F)が低下する
ことになる。また、同時に、燃料供給量の増加に伴って
排気温度(Exhaust Gas Temperature、EGT)も上
昇する。そして、図4に示すように、負荷の増加が大き
い場合は、空燃比が上述した基準空燃比よりも下回って
しまい、このため、実際にはフレームアウトが生じてい
ないにもかかわらず、フレームアウトが発生したと誤っ
て判断してしまう。
As shown in FIG. 4, when the load (LOAD) on the gas turbine device increases, the number of revolutions (NR) of the turbine inevitably decreases.
Then, since the fuel supply is increased by the feedback control for increasing the rotation speed, the air-fuel ratio (A / F) is decreased as in the case where the flameout occurs. At the same time, the exhaust gas temperature (Exhaust Gas Temperature, EGT) rises as the fuel supply increases. Then, as shown in FIG. 4, when the increase in the load is large, the air-fuel ratio becomes lower than the above-mentioned reference air-fuel ratio. Therefore, although the flame-out does not actually occur, the flame-out does not occur. Will erroneously determine that

【0010】このような問題を回避するために、従来で
は、図4に示すように、フレームアウト発生の判断基準
となる基準空燃比を下げることにより解決を図ってきた
が、基準空燃比を下げることにより次のような問題が生
じてしまう。即ち、基準空燃比を低く設定すると、定常
運転時(定格回転時)の空燃比の値と基準空燃比の値と
の差が大きくなるため、実際にフレームアウトが発生し
た場合に、低下する空燃比が基準空燃比に到達するまで
時間がかかることになる。そうすると、実際のフレーム
アウトの発生時からフレームアウトが発生したと判断す
るまでのタイムラグが大きくなってしまう。このこと
は、燃料の供給を停止させるタイミングが遅れてしまう
ことを意味し、上述したような事故が起こるおそれがあ
る。
In order to avoid such a problem, in the prior art, as shown in FIG. 4, the problem has been solved by lowering the reference air-fuel ratio which is the criterion for determining the occurrence of flameout, but the reference air-fuel ratio is lowered. This causes the following problems. That is, if the reference air-fuel ratio is set low, the difference between the value of the air-fuel ratio during steady operation (at rated rotation) and the value of the reference air-fuel ratio becomes large, so the air-fuel ratio that decreases when the flame-out actually occurs. It takes time for the fuel ratio to reach the reference air-fuel ratio. Then, the time lag from the occurrence of the actual frame-out to the determination that the frame-out has occurred becomes large. This means that the timing of stopping the fuel supply is delayed, and the above-mentioned accident may occur.

【0011】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、フレームアウトの発生を正確かつ迅
速に判断することができるフレームアウト判断方法及び
ガスタービン装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to provide a flameout determination method and a gas turbine apparatus capable of accurately and promptly determining the occurrence of flameout. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した問題を解決する
ために、本発明は、ガスタービン装置の運転中にフレー
ムアウトが発生したか否かを判断するフレームアウト判
断方法において、混合気における空気と燃料との空燃比
が所定の基準空燃比を下回り、かつ、混合気を燃焼させ
る燃焼器の下流側で測定された排気温度の温度上昇率が
マイナスであり、かつ、タービンの加速度がマイナスで
ある場合はフレームアウトが発生したと判断することを
特徴とする。この場合において、前記空燃比は、燃焼器
への空気の供給量に略比例する前記タービンの回転数
と、前記燃焼器への燃料の供給量を調節する燃料調節弁
の開度とに基づいて空燃比を算出することが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a flameout determination method for determining whether or not a flameout has occurred during operation of a gas turbine apparatus. The air-fuel ratio between the fuel and the fuel is below a predetermined reference air-fuel ratio, and the temperature rise rate of the exhaust temperature measured on the downstream side of the combustor that burns the air-fuel mixture is negative, and the turbine acceleration is negative. In some cases, it is determined that a frame-out has occurred. In this case, the air-fuel ratio is based on the rotational speed of the turbine, which is approximately proportional to the amount of air supplied to the combustor, and the opening of a fuel control valve that adjusts the amount of fuel supplied to the combustor. It is preferable to calculate the air-fuel ratio.

【0013】また、本発明は、燃焼器にて空気と燃料と
の混合気を燃焼させ、該燃焼により生じた燃焼ガスをタ
ービンに供給することにより前記タービンを回転駆動す
るガスタービン装置であって、混合気における空気と燃
料との空燃比を算出する空燃比算出部と、前記燃焼器の
下流側で測定された排気温度の温度上昇率を算出する温
度上昇率算出部と、前記タービンの加速度を算出する加
速度算出部と、前記空燃比算出部により算出された空燃
比が所定の基準空燃比を下回り、かつ、前記温度上昇率
算出部により算出された排気温度の温度上昇率がマイナ
スであり、かつ、前記加速度算出部により算出された前
記タービンの加速度がマイナスである場合はフレームア
ウトが発生したと判断するフレームアウト判断部と、を
備えたことを特徴とする。この場合において、前記ター
ビンにより駆動されて前記燃焼器に空気を供給する空気
圧縮機と、前記燃焼器への燃料の供給量を調節する燃料
調節弁とを設け、前記空燃比算出部は、前記タービンの
回転数及び前記燃料調節弁の開度に基づいて空燃比を算
出することが好ましい。
Further, the present invention is a gas turbine device for rotating a turbine by burning a mixture of air and fuel in a combustor and supplying combustion gas generated by the combustion to the turbine. An air-fuel ratio calculation unit that calculates an air-fuel ratio between air and fuel in the air-fuel mixture, a temperature increase rate calculation unit that calculates a temperature increase rate of the exhaust temperature measured on the downstream side of the combustor, and an acceleration of the turbine. And an acceleration calculation unit for calculating, the air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculation unit is below a predetermined reference air-fuel ratio, and the temperature rise rate of the exhaust temperature calculated by the temperature rise rate calculation unit is negative. And a flameout determination unit that determines that a flameout has occurred when the acceleration of the turbine calculated by the acceleration calculation unit is negative. To. In this case, an air compressor that is driven by the turbine to supply air to the combustor and a fuel control valve that controls the amount of fuel supplied to the combustor are provided, and the air-fuel ratio calculation unit is It is preferable to calculate the air-fuel ratio based on the rotational speed of the turbine and the opening of the fuel control valve.

【0014】本発明によれば、上述した3つの判断基準
を総て満たした場合にのみ、フレームアウトが発生した
と判断される。従って、ガスタービン装置への負荷が増
加して空燃比が低下した場合に、フレームアウトが発生
したと誤認してしまうことを防止することが可能とな
る。また、このような負荷の増加による誤認のおそれが
なくなるため、フレームアウトの発生の判断基準となる
基準空燃比を引き上げることができ、その結果、実際に
フレームアウトが発生した場合に、これを迅速に検知す
ることが可能となる。
According to the present invention, it is judged that the frame-out has occurred only when all of the above three judgment criteria are satisfied. Therefore, when the load on the gas turbine device increases and the air-fuel ratio decreases, it is possible to prevent erroneous recognition that a flameout has occurred. Also, since there is no risk of misidentification due to such an increase in load, it is possible to raise the reference air-fuel ratio, which is the criterion for determining the occurrence of flameout, and as a result, if a flameout actually occurs, this can be quickly Can be detected.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図
1は本実施形態であるガスタービン装置の全体構成を示
す模式図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a gas turbine device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a gas turbine device according to this embodiment.

【0016】図1に示すように、本実施形態におけるガ
スタービン装置は、タービン1と、混合気を燃焼させて
燃焼ガスを発生させる燃焼器2と、燃焼器2への燃料の
供給量を調節する燃料調節弁19と、燃焼器2に空気を
圧送する空気圧縮機3とを備えている。また、ガスター
ビン装置は、タービン1を制御対象とするタービン制御
部11を備えている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine device in this embodiment adjusts a turbine 1, a combustor 2 for combusting an air-fuel mixture to generate combustion gas, and a fuel supply amount to the combustor 2. It is equipped with a fuel control valve 19 that operates and an air compressor 3 that pumps air to the combustor 2. In addition, the gas turbine device includes a turbine control unit 11 that controls the turbine 1.

【0017】タービン1は、流体を受けて回転するため
の複数の回転翼(図示せず)を有し、回転軸6を介して
ケーシング(図示せず)内に回転自在に支持されてい
る。空気圧縮機3は回転軸6を介してタービン1により
駆動されて空気を圧縮するように構成されている。この
空気圧縮機3は配管7を介して燃焼器2に接続されてお
り、空気圧縮機3により圧縮された空気は配管7を通っ
て燃焼器2に供給される。
The turbine 1 has a plurality of rotary blades (not shown) for receiving a fluid and rotating, and is rotatably supported in a casing (not shown) via a rotary shaft 6. The air compressor 3 is configured to be driven by the turbine 1 via the rotating shaft 6 to compress air. The air compressor 3 is connected to the combustor 2 via a pipe 7, and the air compressed by the air compressor 3 is supplied to the combustor 2 via the pipe 7.

【0018】燃料調節弁19は燃焼器2の上流側に配置
されており、図示しない燃料供給源から供給された燃料
は、この燃料調節弁19を通過した後、燃焼器2に供給
される。燃料調節弁19は、開度が可変に構成され、こ
の開度を操作することにより、燃焼器2への燃料の供給
量が調節されるようになっている。
The fuel control valve 19 is arranged on the upstream side of the combustor 2, and the fuel supplied from a fuel supply source (not shown) is supplied to the combustor 2 after passing through the fuel control valve 19. The fuel control valve 19 has a variable opening, and the amount of fuel supplied to the combustor 2 is adjusted by operating the opening.

【0019】燃焼器2に供給された燃料および圧縮空気
は燃焼器2において混合気を形成し、燃焼器2にて混合
気が燃焼することにより高温・高圧の燃焼ガスが発生す
る。そして、この燃焼ガスがタービン1に供給されるこ
とによりタービン1が高速で回転する。回転軸6の端部
には発電機5が接続されており、回転軸6を介してター
ビン1により発電機5が回転駆動されることで発電が行
われる。
The fuel and compressed air supplied to the combustor 2 form an air-fuel mixture in the combustor 2, and the air-fuel mixture burns in the combustor 2 to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. Then, by supplying this combustion gas to the turbine 1, the turbine 1 rotates at high speed. The generator 5 is connected to the end of the rotating shaft 6, and the turbine 1 is rotationally driven by the turbine 1 via the rotating shaft 6 to generate electric power.

【0020】タービン制御部11では、タービン1を制
御対象としたフィードバック制御が行われる。即ち、回
転数検出部12により検出された検出値に基づいてター
ビン1の現在の回転数や加速度を得てこれをフィードバ
ック値とし、このフィードバック値と目標値との偏差を
最小とするための制御信号を演算する。そして、演算さ
れた制御信号に応じて燃料調節弁19の開度を操作する
ことで燃焼器2に供給される燃料の流量を調節する。こ
のようにして、燃焼器2への燃料供給量を調節すること
により、タービン1に供給される燃焼ガスの量が加減さ
れ、これにより、タービン1の回転数や加速度の制御が
行われる。
The turbine control unit 11 performs feedback control with the turbine 1 as a control target. That is, a control for obtaining the current rotation speed and acceleration of the turbine 1 based on the detection value detected by the rotation speed detection unit 12 and setting this as a feedback value, and minimizing the deviation between this feedback value and the target value. Calculate the signal. Then, the flow rate of the fuel supplied to the combustor 2 is adjusted by operating the opening degree of the fuel control valve 19 according to the calculated control signal. In this way, by adjusting the amount of fuel supplied to the combustor 2, the amount of combustion gas supplied to the turbine 1 is adjusted, whereby the rotation speed and acceleration of the turbine 1 are controlled.

【0021】図2は本実施形態であるガスタービン装置
が備えるフレームアウト判断部の入出力経路を示す模式
図である。図2に示すように、本実施形態におけるガス
タービン装置は、混合気における空気と燃料との空燃比
を算出する空燃比算出部31と、排気温度を測定するた
めの排気温度測定部17と、排気温度測定部17により
測定された温度に基づいて排気温度の温度上昇率を算出
する温度上昇率算出部18と、回転数検出部12により
検出された検出値に基づいてタービン1の加速度を算出
する加速度算出部15と、フレームアウトの発生を判断
するフレームアウト判断部33とを備えている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an input / output path of a flameout determination unit included in the gas turbine system of this embodiment. As shown in FIG. 2, the gas turbine device according to the present embodiment includes an air-fuel ratio calculation unit 31 that calculates an air-fuel ratio of air and fuel in an air-fuel mixture, an exhaust temperature measurement unit 17 that measures an exhaust temperature, A temperature rise rate calculation unit 18 that calculates the temperature rise rate of the exhaust temperature based on the temperature measured by the exhaust temperature measurement unit 17, and an acceleration of the turbine 1 based on the detection value detected by the rotation speed detection unit 12. The acceleration calculation unit 15 and the frame-out determination unit 33 that determines the occurrence of a frame-out are provided.

【0022】空燃比算出部31では、回転数検出部12
より検出されたタービン1の回転数と燃料調節弁19の
開度とに基づいて空燃比を算出する。すなわち、燃焼器
2に供給される空気は、上述したように、空気圧縮機3
により圧縮された後に供給され、この空気圧縮機3はタ
ービン1によって駆動されるため、混合気における空気
の質量はタービン1の回転数に比例する。また、燃焼器
2に供給される燃料の供給量は、燃料調節弁19の開度
に比例する。これに基づき、空燃比算出部31では、回
転数検出部12より検出されたタービン1の回転数と燃
料調節弁19の開度とに基づいて空燃比を算出する。
In the air-fuel ratio calculation unit 31, the rotation speed detection unit 12
The air-fuel ratio is calculated based on the detected rotation speed of the turbine 1 and the opening degree of the fuel control valve 19. That is, the air supplied to the combustor 2 is the air compressor 3 as described above.
The air compressor 3 is supplied after being compressed by, and the air compressor 3 is driven by the turbine 1. Therefore, the mass of air in the air-fuel mixture is proportional to the rotation speed of the turbine 1. The amount of fuel supplied to the combustor 2 is proportional to the opening of the fuel control valve 19. Based on this, the air-fuel ratio calculation unit 31 calculates the air-fuel ratio based on the rotation speed of the turbine 1 detected by the rotation speed detection unit 12 and the opening degree of the fuel control valve 19.

【0023】排気温度測定部17は、燃焼器2の下流
側、即ち、タービン1の排気側の配管に設置され(図1
参照)、排気ガス(主に燃焼ガス)の温度を測定するよ
うになっている。温度上昇率算出部18は、排気温度測
定部17により測定された温度を所定周期毎にサンプリ
ングし、そのときのサンプリング値と前回のサンプリン
グ値とを比較することにより、排気ガスの温度の上昇率
を算出するように構成されている。
The exhaust temperature measuring unit 17 is installed on the downstream side of the combustor 2, that is, on the exhaust side pipe of the turbine 1 (see FIG. 1).
The temperature of exhaust gas (mainly combustion gas) is measured. The temperature rise rate calculation unit 18 samples the temperature measured by the exhaust temperature measurement unit 17 at predetermined intervals, and compares the sampled value at that time with the previous sampled value to calculate the temperature rise rate of the exhaust gas. Is configured to calculate

【0024】フレームアウト判断部33には、空燃比算
出部31および温度上昇率算出部18および加速度算出
部15によりそれぞれ算出された算出値が常時送られる
ようになっている。そして、これらの算出値に基づい
て、フレームアウト判断部33にてフレームアウトが発
生したか否かが判断される。即ち、空燃比算出部31に
より算出された空燃比が所定の基準空燃比を下回り、か
つ、温度上昇率算出部18により算出された排気温度の
温度上昇率がマイナスであり、かつ、加速度算出部15
により算出されたタービン1の加速度がマイナスである
場合には、フレームアウトが発生したと判断する。そし
て、フレームアウト判断部33においてフレームアウト
が発生したと判断された場合には、図1および図2に示
すように、緊急停止弁32を作動させて燃焼器2への燃
料の供給を停止する。
The flame-out determination unit 33 is constantly sent the calculated values calculated by the air-fuel ratio calculation unit 31, the temperature increase rate calculation unit 18, and the acceleration calculation unit 15. Then, based on these calculated values, the frame-out determination unit 33 determines whether or not a frame-out has occurred. That is, the air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculation unit 31 is lower than a predetermined reference air-fuel ratio, the temperature increase rate of the exhaust temperature calculated by the temperature increase rate calculation unit 18 is negative, and the acceleration calculation unit 15
When the acceleration of the turbine 1 calculated by the above is negative, it is determined that the flameout has occurred. When the flameout determination unit 33 determines that the flameout has occurred, the emergency stop valve 32 is operated to stop the fuel supply to the combustor 2 as shown in FIGS. 1 and 2. .

【0025】このように、空燃比、排気温度、タービン
1の加速度の3つをフレームアウト発生の判断要素とし
ている理由について図3を参照して説明する。図3はフ
レームアウトが発生した場合において図1に示すガスタ
ービン装置の各数値が変動する様子を経時的に表した図
である。
The reason why the three factors of the air-fuel ratio, the exhaust gas temperature, and the acceleration of the turbine 1 are used as the factors for determining the occurrence of the flameout will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing, over time, how each numerical value of the gas turbine device shown in FIG. 1 fluctuates when a flameout occurs.

【0026】図3に示すように、フレームアウトが発生
すると、燃焼火炎が消えて、燃焼ガスがタービン1に供
給されなくなるので、タービン1の回転数(NR)が低
下する。すると、この低下する回転数を上昇させようと
するフィードバック制御により、燃料調節弁(Fuel Co
ntrol Valve、FCV)の開度が増し、その結果、空燃
比(A/F)が低下に向かうことになる。また、燃焼火
炎が消えるため、燃焼ガスの温度(EGT)が低下す
る。更に、タービン1の回転数(NR)が低下するの
で、タービン1の加速度(ACCEL)も必然的にマイ
ナスに転じることになる。
As shown in FIG. 3, when the flameout occurs, the combustion flame disappears and the combustion gas is not supplied to the turbine 1, so that the rotational speed (NR) of the turbine 1 decreases. Then, by the feedback control that tries to increase the decreasing rotational speed, the fuel control valve (Fuel Co
The opening of the ntrol valve, FCV) increases, and as a result, the air-fuel ratio (A / F) tends to decrease. Moreover, since the combustion flame is extinguished, the temperature of the combustion gas (EGT) is lowered. Further, since the rotational speed (NR) of the turbine 1 is reduced, the acceleration (ACCEL) of the turbine 1 is inevitably turned negative.

【0027】このように、フレームアウトが発生した場
合にみられる現象として、空燃比の低下、排気温度の低
下、そしてタービン1の加速度のマイナスへの転化がみ
られる。従って、空燃比、排気温度、タービン1の加速
度の3つを常時監視し、空燃比が予め設定した所定の基
準空燃比を下回り、かつ、排気温度の上昇率がマイナス
に転じ、かつ、タービン1の加速度がマイナスに転じた
場合にのみ、フレームアウトが発生したと判断すれば、
正確にフレームアウトの発生を判断することが可能とな
る。
As described above, when the flameout occurs, the air-fuel ratio is lowered, the exhaust temperature is lowered, and the acceleration of the turbine 1 is converted to a negative value. Therefore, the air-fuel ratio, the exhaust gas temperature, and the acceleration of the turbine 1 are constantly monitored, the air-fuel ratio falls below a preset reference air-fuel ratio, the rate of increase in the exhaust gas temperature turns negative, and the turbine 1 If it is judged that the frame out has occurred only when the acceleration of turns to negative,
It is possible to accurately determine the occurrence of frame-out.

【0028】このようなフレームアウトの判断方法を採
用したことにより、ガスタービン装置への負荷が増加し
た場合は排気温度が低下しないので、フレームアウトが
発生したとは判断されないことになる。また、従来のよ
うな、単に空燃比のみをフレームアウト発生の判断要素
とする場合に比べて、図3に示すように、基準空燃比を
引き上げて設定することが可能となる。その結果、実際
にフレームアウトが発生した場合には、低下する空燃比
は速やかに基準空燃比に達するので、迅速なフレームア
ウト発生の判断が可能になる。従って、実際にフレーム
アウトが起きてから迅速に燃料の供給を停止させること
ができ、事故を未然に防ぐことが可能となる。
By adopting such a flameout determination method, the exhaust temperature does not decrease when the load on the gas turbine device increases, so it is not determined that flameout has occurred. Further, as compared to the conventional case where only the air-fuel ratio is used as the determination element for the occurrence of flameout, the reference air-fuel ratio can be raised and set as shown in FIG. As a result, when the flameout actually occurs, the decreasing air-fuel ratio quickly reaches the reference air-fuel ratio, so that it is possible to quickly determine the occurrence of the flameout. Therefore, it is possible to quickly stop the fuel supply after the flameout actually occurs and prevent an accident.

【0029】なお、本発明のガスタービン装置は、上述
の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること
は勿論である。
The gas turbine device of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上述した3つの判断基準を総て満たした場合にのみ、フ
レームアウトが発生したと判断される。従って、ガスタ
ービン装置への負荷が増加して空燃比が低下した場合
に、フレームアウトが発生したと誤認してしまうことを
防止することが可能となる。また、このような負荷の増
加による誤認のおそれがなくなるため、フレームアウト
の発生の判断基準となる基準空燃比を引き上げることが
でき、その結果、実際にフレームアウトが発生した場合
に、これを迅速に検知することが可能となる。
As described above, according to the present invention,
It is judged that the frame-out has occurred only when all of the above three judgment criteria are satisfied. Therefore, when the load on the gas turbine device increases and the air-fuel ratio decreases, it is possible to prevent erroneous recognition that a flameout has occurred. Also, since there is no risk of misidentification due to such an increase in load, it is possible to raise the reference air-fuel ratio, which is the criterion for determining the occurrence of flameout, and as a result, if a flameout actually occurs, this can be quickly Can be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態であるガスタービン装置の
全体構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a gas turbine device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態であるガスタービン装置が
備えるフレームアウト判断部の入出力経路を示す模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an input / output path of a flameout determination unit included in the gas turbine device according to the embodiment of the present invention.

【図3】フレームアウトが発生した場合において図1に
示すガスタービン装置の各数値が変動する様子を経時的
に表した図である。
FIG. 3 is a diagram showing, over time, how each numerical value of the gas turbine device shown in FIG. 1 fluctuates when a flameout occurs.

【図4】従来のガスタービン装置への負荷が増加したと
きの各数値が変動する様子を経時的に示すグラフ図であ
る。
FIG. 4 is a graph showing changes over time in numerical values when the load on a conventional gas turbine device increases.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タービン 2 燃焼器 3 空気圧縮機 5 発電機 6 回転軸 7,8 配管 11 タービン制御部 12 回転数検出部 15 加速度算出部 17 排気温度測定器 18 温度上昇率算出部 19 燃料調節弁 31 空燃比算出部 32 緊急停止弁 33 フレームアウト判断部 A/F 空燃比 EGT 排気ガス温度 NR 回転数 FCV 燃料調節弁 ACCEL 加速度 LOAD 発電機の負荷 1 turbine 2 Combustor 3 air compressor 5 generator 6 rotation axes 7,8 piping 11 Turbine controller 12 Rotation speed detector 15 Acceleration calculator 17 Exhaust gas temperature measuring device 18 Temperature rise rate calculator 19 Fuel control valve 31 Air-fuel ratio calculator 32 Emergency stop valve 33 Frame-out judgment section A / F air-fuel ratio EGT exhaust gas temperature NR rotation speed FCV fuel control valve ACCEL acceleration LOAD Generator load

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 政博 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 片岡 匡史 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 古谷 泰 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 3G071 AB01 BA22 CA09 FA02 FA06 GA06 HA01 HA05 JA04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masahiro Miyamoto             11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd.             Inside the EBARA CORPORATION (72) Inventor Masafumi Kataoka             11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd.             Inside the EBARA CORPORATION (72) Inventor Yasushi Furuya             11-1 Haneda Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd.             Inside the EBARA CORPORATION F-term (reference) 3G071 AB01 BA22 CA09 FA02 FA06                       GA06 HA01 HA05 JA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガスタービン装置の運転中にフレームア
ウトが発生したか否かを判断するフレームアウト判断方
法において、 混合気における空気と燃料との空燃比が所定の基準空燃
比を下回り、 かつ、混合気を燃焼させる燃焼器の下流側で測定された
排気温度の温度上昇率がマイナスであり、 かつ、タービンの加速度がマイナスである場合はフレー
ムアウトが発生したと判断することを特徴とするフレー
ムアウト判断方法。
1. A flameout determination method for determining whether a flameout has occurred during operation of a gas turbine apparatus, wherein an air-fuel ratio of air and fuel in the air-fuel mixture is below a predetermined reference air-fuel ratio, and A flame that is characterized by determining that a flameout has occurred if the temperature rise rate of the exhaust temperature measured downstream of the combustor that burns the air-fuel mixture is negative and the turbine acceleration is negative. How to judge out.
【請求項2】 前記空燃比は、前記燃焼器への空気の供
給量に略比例する前記タービンの回転数と、前記燃焼器
への燃料の供給量を調節する燃料調節弁の開度とに基づ
いて空燃比を算出することを特徴とする請求項1に記載
のフレームアウト判断方法。
2. The air-fuel ratio depends on the rotational speed of the turbine, which is substantially proportional to the amount of air supplied to the combustor, and the opening of a fuel control valve for adjusting the amount of fuel supplied to the combustor. The flameout determination method according to claim 1, wherein the air-fuel ratio is calculated based on the air-fuel ratio.
【請求項3】 燃焼器にて空気と燃料との混合気を燃焼
させ、該燃焼により生じた燃焼ガスをタービンに供給す
ることにより前記タービンを回転駆動するガスタービン
装置であって、 混合気における空気と燃料との空燃比を算出する空燃比
算出部と、 前記燃焼器の下流側で測定された排気温度の温度上昇率
を算出する温度上昇率算出部と、 前記タービンの加速度を算出する加速度算出部と、 前記空燃比算出部により算出された空燃比が所定の基準
空燃比を下回り、かつ、前記温度上昇率算出部により算
出された排気温度の温度上昇率がマイナスであり、か
つ、前記加速度算出部により算出された前記タービンの
加速度がマイナスである場合はフレームアウトが発生し
たと判断するフレームアウト判断部と、を備えたことを
特徴とするガスタービン装置。
3. A gas turbine device for rotatively driving the turbine by combusting a mixture of air and fuel in a combustor and supplying combustion gas generated by the combustion to the turbine. An air-fuel ratio calculation unit that calculates the air-fuel ratio of air and fuel, a temperature increase rate calculation unit that calculates the temperature increase rate of the exhaust temperature measured on the downstream side of the combustor, and an acceleration that calculates the acceleration of the turbine. A calculation unit, the air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculation unit is below a predetermined reference air-fuel ratio, and the temperature increase rate of the exhaust temperature calculated by the temperature increase rate calculation unit is negative, and, A gas out determining unit that determines that a flame out occurs when the acceleration of the turbine calculated by the acceleration calculating unit is negative. Bottle apparatus.
【請求項4】 前記タービンにより駆動されて前記燃焼
器に空気を圧送する空気圧縮機と、前記燃焼器への燃料
の供給量を調節する燃料調節弁とを設け、前記空燃比算
出部は、前記タービンの回転数及び前記燃料調節弁の開
度に基づいて空燃比を算出することを特徴とする請求項
3に記載のガスタービン装置。
4. An air compressor driven by the turbine to send air to the combustor under pressure, and a fuel control valve for controlling the amount of fuel supplied to the combustor are provided, and the air-fuel ratio calculation unit includes: The gas turbine device according to claim 3, wherein the air-fuel ratio is calculated based on the rotational speed of the turbine and the opening degree of the fuel control valve.
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