JP2527170B2 - Operation method of gas turbine two-stage combustor - Google Patents

Operation method of gas turbine two-stage combustor

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JP2527170B2
JP2527170B2 JP61296739A JP29673986A JP2527170B2 JP 2527170 B2 JP2527170 B2 JP 2527170B2 JP 61296739 A JP61296739 A JP 61296739A JP 29673986 A JP29673986 A JP 29673986A JP 2527170 B2 JP2527170 B2 JP 2527170B2
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combustion
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好弘 内山
倫夫 黒田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンの燃焼器に係り、特に大幅な低
NOx化を達成出来る2段燃焼器の燃料と空気との最適な
条件を得、燃焼性能を向上しながら低NOx化を図る運転
操作方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas turbine combustor, and particularly to a significantly low combustor.
The present invention relates to an operation method for achieving optimum NOx-reducing fuel and air conditions in a two-stage combustor to improve combustion performance and reduce NOx.

〔従来技術〕[Prior art]

省エネルギ,省資源に関する社会的要請の高まりか
ら、最近のニーズは高温,高効率化を目ざす、ガスター
ビンと蒸気タービンとの複合コンバインド発電プラント
の建設計画が進みつつある。ところがガスタービンの排
ガスに対する環境規制が厳しく、特に大気汚染物質と言
われる窒素酸化物(NOx)の排出に関しては一般にガス
タービン燃焼器では規制値内に収まらず低NOx燃焼器の
開発が急務となつている。この開発の結果として燃料を
2系統にし、1次燃料を燃焼させる頭部燃焼室と、この
燃焼室の下流にあつて高負荷帯で2次燃料を燃焼させる
後部燃焼室とを備え、着火から25%程度までの低負荷帯
では1次燃料のみで運転し、それ以上の高負荷帯では1,
2次共に供給、燃焼させる。後部燃焼室では頭部燃焼室
火災によつて2次燃料へ着火する。
Due to increasing social demands for energy saving and resource saving, the recent needs are for construction plans of a combined combined power generation plant of a gas turbine and a steam turbine aiming at high temperature and high efficiency. However, the environmental regulations for exhaust gas from gas turbines are strict, and in particular regarding the emission of nitrogen oxides (NOx), which is said to be an air pollutant, gas turbine combustors generally do not fall within the regulation values, and development of low NOx combustors is an urgent task. ing. As a result of this development, the fuel is divided into two systems, and the head combustion chamber that burns the primary fuel and the rear combustion chamber that burns the secondary fuel in the high load zone downstream of this combustion chamber are provided. Operates only with the primary fuel in the low load range up to about 25%,
Supply and burn both secondary. In the rear combustion chamber, the secondary fuel is ignited by the head combustion chamber fire.

それぞれの燃焼室は空気過剰の希薄低温度燃焼が可能
であるため、低NOx化が可能である。ところが、ガスタ
ービンプラントでは負荷変化に対し燃料流量はほぼ比例
して変化するが、圧縮機からの空気量はほぼ一定(ガス
タービン回転数が一定のため)であるため、燃焼器内部
では空気と燃料との重量比(燃空比と言う)が変動す
る。このためガスタービン運転範囲における燃焼状態は
一定せず、ある負荷帯で好ましい燃空比になるように設
定しても別の負荷状態では過剰に燃料が濃くなつたり、
薄くなつたりしてNOが生成し、あるいは一酸化炭素(C
O)や、未然焼燃料成分(HC)などが増大することにな
る。このため特開昭61−52523号に見られるように1次
燃料と空気流量との制御を行い常に一定の燃空比となる
ようにしている。そしてある負荷帯以上では2段目の燃
料の投入を図る。
Since each combustion chamber is capable of lean lean combustion with excess air, it is possible to reduce NOx. However, in a gas turbine plant, the fuel flow rate changes almost in proportion to the load change, but since the amount of air from the compressor is almost constant (because the gas turbine speed is constant), there is no air flow inside the combustor. The weight ratio with fuel (called the fuel-air ratio) fluctuates. For this reason, the combustion state in the gas turbine operating range is not constant, and even if it is set to have a preferable fuel air ratio in a certain load zone, the fuel becomes excessively rich in another load state,
NO is produced by thinning or carbon monoxide (C
O) and unburned fuel components (HC) will increase. For this reason, the primary fuel and the air flow rate are controlled so that a constant fuel-air ratio is maintained at all times, as seen in JP-A-61-52523. Then, when the load is above a certain load zone, the fuel of the second stage is introduced.

この従来技術では1次頭部燃焼室は燃料と空気とを燃
焼以前に予混合するための燃焼範囲は限られる。このた
めに着火から常に一定の燃空比となるように、1次空気
流量を制御している。空気流量の制御は圧縮機からの空
気の1部を抽気し、さらに昇圧し、流量調節しているた
め効率低下となるだけでなく着火から2次燃料投入まで
の広範囲の条件で流量調節する必要性があり、昇圧に費
するエネルギ損失となり広範囲の運転帯において、効率
低下をまねく要因となる。一方2次空気は流量調節して
いないための2次燃料投入時からの高負荷帯においては
2次燃料と空気との燃空比が異なるため、2次燃料投入
時の燃料流量が少ない時には燃料濃度が薄くなるため可
燃焼範囲に入るまでは2次燃料が未然となつて排出さ
れ、かつ燃焼域に入つても低濃度の場合にはCO,HCの発
生が多いという欠点がある。
In this prior art, the primary head combustion chamber has a limited combustion range for premixing fuel and air prior to combustion. For this reason, the primary air flow rate is controlled so that the fuel-air ratio is always constant from ignition. To control the air flow rate, a part of the air from the compressor is extracted and further boosted to adjust the flow rate, which not only reduces efficiency but also needs to adjust the flow rate in a wide range of conditions from ignition to secondary fuel injection. Since there is a possibility that the energy is lost for boosting the pressure, it causes a decrease in efficiency in a wide operating range. On the other hand, because the flow rate of the secondary air is not adjusted, the fuel-air ratio of the secondary fuel and the air is different in the high load zone from the time of the secondary fuel input, so the fuel is supplied when the fuel flow rate at the secondary fuel input is small. Since the concentration becomes low, the secondary fuel is discharged before it reaches the combustible range, and even if it enters the combustion range, CO and HC are often generated when the concentration is low.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

前記従来技術においては、2次燃料投入時に、2時燃
料が薄いので燃焼範囲からずれるため未燃焼成分やCOの
発生が多くなり、又、2段目燃焼開始による急激な負荷
変動が考慮されておらず、ガスタービンの急激な負荷変
動による空気流動的な衝撃力や熱衝撃による破損や信頼
性低下などの問題があつた。
In the above-mentioned prior art, when the secondary fuel is input, the 2 o'clock fuel is thin so that it deviates from the combustion range, so that unburned components and CO are generated more frequently. However, there were problems such as air flow impact force due to a sudden load change of the gas turbine, damage due to thermal shock, and deterioration of reliability.

本発明の目的は2段燃焼方式のガスタービンプラント
において1次燃料の炎から2次燃料への着火を容易に
し、急激な負荷変動を無くし、1次燃焼の燃焼性能を向
上させ、COやHCの発生を抑えながら、2次燃焼の2次空
気との燃空比制御を行うことによりガスタービンの全運
用負荷帯にわたり、燃焼性能を向上させ、低NOx化を実
現することにある。
An object of the present invention is to facilitate ignition of a secondary fuel from a flame of a primary fuel in a two-stage combustion type gas turbine plant, to eliminate a sudden load change, to improve the combustion performance of the primary combustion, and to reduce CO and HC. By controlling the fuel-air ratio with the secondary air in the secondary combustion while suppressing the generation of NOx, it is intended to improve the combustion performance and realize low NOx over the entire operating load range of the gas turbine.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するために創作した本発明の運転方法
は、2次燃料投入による急激な負荷変動を抑え、かつ、
2次燃料投入後のCO,HC発生を抑えるため、1次と2次
燃料の和を抑えた状態で1次燃料を減少しながら2次燃
料を増大する作用を短時間で行うことにより急激な負荷
変動を抑える。また、1次燃料の減少量を抑え、少量の
2次燃料で2次燃焼を実現するための2次空気の流量制
御を併用することによりCO,HCの発生を抑え、2次燃焼
を容易にする。さらに高負荷時においては2次空気を増
大すると共に2次燃料を増加させ予混合希釈燃焼を行わ
せることにより大幅な低NOx化を図りながら1次燃料増
加を抑え、頭部燃焼室でのNOx発生を抑える。このよう
に2次燃料の投入後、1,2次燃料の制御と2次空気の制
御を併用することによりガスタービンの運用負荷帯にお
いてCO,HCの発生を抑え、かつ、NOxの低減化を図ること
が出来る。
The operating method of the present invention created to achieve the above object suppresses rapid load fluctuation due to secondary fuel injection, and
In order to suppress the generation of CO and HC after the injection of secondary fuel, the action of increasing the secondary fuel while reducing the primary fuel while suppressing the sum of the primary and secondary fuel is performed rapidly. Reduce load fluctuations. In addition, by suppressing the reduction of primary fuel and using secondary air flow rate control to realize secondary combustion with a small amount of secondary fuel, the generation of CO and HC is suppressed and secondary combustion is facilitated. To do. Furthermore, when the load is high, the secondary air is increased and the secondary fuel is increased to perform premixed dilution combustion to achieve a significant reduction in NOx while suppressing the increase in primary fuel and reducing NOx in the head combustion chamber. Suppress the occurrence. In this way, after the injection of secondary fuel, the combined use of primary and secondary fuel control and secondary air control suppresses the generation of CO and HC and reduces NOx in the operating load zone of the gas turbine. Can be planned.

〔作用〕[Action]

2次燃料投入時の2次燃焼による急激な負荷変動を避
けるため、1次燃料を減少させる。例えばガスータビン
25%負荷時で2次燃料投入を開始する時は1次燃料を約
60〜70%に減じながら、減少した量を2次燃料の投入で
補うようにする。1次燃料の減少量を大きくしないこと
により頭部燃焼室の空気過剰となる現像を抑えることが
出来るための頭部燃焼室からのCO,HCの発生を抑えるこ
とが可能となる。さらに、2次空気を減少させることに
よつて少量の2次燃料を可燃範囲に入れることが可能と
なり、2次燃料の着火を容易にすることが出来る。一
方、定格時の燃焼量が多い状態では2次空気流量を多く
し、これに追従して2次燃料を増加することが出来るた
め、常に空気過剰の予混合燃料を行うことが出来るため
低NOx化を図ると共に1次燃料の増加を抑えて2次予混
合燃焼の比率を大きくとることにより拡散燃焼である1
次燃焼によるNOxの発生も抑えることが出来る。
The primary fuel is reduced in order to avoid a sudden load change due to secondary combustion when the secondary fuel is input. Gas tabin
When starting the secondary fuel injection at 25% load, the primary fuel is approx.
While reducing to 60-70%, supplement the reduced amount with secondary fuel. By not increasing the reduction amount of the primary fuel, it is possible to suppress the development of air in the head combustion chamber that is excessive in air, so that it is possible to suppress the generation of CO and HC from the head combustion chamber. Further, by reducing the secondary air, it is possible to put a small amount of secondary fuel into the combustible range, and it is possible to easily ignite the secondary fuel. On the other hand, in the state where the combustion amount at the rated time is large, the secondary air flow rate can be increased and the secondary fuel can be increased following this, so that it is possible to always perform premixed fuel with an excess of air, thus reducing NOx. Diffusion combustion by increasing the ratio of secondary premixed combustion while suppressing the increase of primary fuel
Generation of NOx due to secondary combustion can also be suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に本発明の方法を適用する対象であるガスター
ビン燃焼器の構成を示す。
FIG. 1 shows the configuration of a gas turbine combustor to which the method of the present invention is applied.

ガスタービンは圧縮機1,タービン2,燃焼器3などによ
つて構成され、圧縮機1で圧縮された空気1aはケーシン
グ4内を通り、燃焼器3に導かれる。燃焼器3は外筒5
a,5b,ライナ6a,6bおよび頭部燃焼室7とこれよりも径が
大きい後部燃焼室8などの主要材で成立つている。頭部
燃焼室7へは1次燃料9を供給する。1次燃料ノズル10
がカバー11に取付けられ、内筒12とライナ6aとの間の環
状部へライナキヤツプ13を貫通して燃料を供給する。ラ
イナ6aには1次燃焼用の複数個,複数列の空気孔が開口
し、さらに壁面冷却用の空気孔を開口しており、この冷
却孔は内筒にも開口している。頭部燃焼室7と後部燃焼
室8と接続部13には2次空気供給孔14が設けられこの空
気通路部に2次燃料ノズル15から2次燃料16が供給され
空気通路部17が2次空気と燃料との予混合部となり予混
合した2次空気と2次燃料との予混合ガスは後部燃焼室
8に供給され、頭部燃焼室7からの火炎18を着火源とし
て、2次燃焼火災19を形成する。1次燃料への着火は図
示していないが点火栓によつて行い火炎検知器によつて
検知するようになつている。又、2次燃焼火炎の検知は
全数の燃焼器の後部燃焼室8火炎19を検知する火炎検知
器を装着している。
The gas turbine is composed of a compressor 1, a turbine 2, a combustor 3, etc., and the air 1a compressed by the compressor 1 passes through a casing 4 and is guided to the combustor 3. The combustor 3 has an outer cylinder 5
It is made up of main materials such as a, 5b, liners 6a, 6b, head combustion chamber 7 and rear combustion chamber 8 having a diameter larger than that. Primary fuel 9 is supplied to the head combustion chamber 7. Primary fuel nozzle 10
Is attached to the cover 11 and supplies fuel through the liner cap 13 to the annular portion between the inner cylinder 12 and the liner 6a. The liner 6a is provided with a plurality of air holes for primary combustion in a plurality of rows, and further has air holes for cooling the wall surface, which are also opened in the inner cylinder. A secondary air supply hole 14 is provided in the head combustion chamber 7, the rear combustion chamber 8, and the connecting portion 13, and the secondary fuel 16 is supplied from the secondary fuel nozzle 15 to this air passage portion, and the air passage portion 17 is secondary. The premixed gas of the secondary air and the secondary fuel, which has become the premixed portion of the air and the fuel and is premixed, is supplied to the rear combustion chamber 8, and the flame 18 from the head combustion chamber 7 is used as the ignition source for the secondary combustion. Form a burning fire 19. Although not shown, ignition of the primary fuel is performed by an ignition plug and detected by a flame detector. For detection of the secondary combustion flame, a flame detector for detecting the rear combustion chamber 8 flame 19 of all combustors is attached.

第2図に燃焼器3の詳細構造を示す。 FIG. 2 shows a detailed structure of the combustor 3.

2次空気通路17の入口部20を覆いかつ前後に動くこと
により空気入口部面積を変化させて2次空気流量を変え
る空気流量調節用スライドリング21が取付けられてい
る。スライドリング21には周4ケ所に支持部22が取付け
られ、該支持部材22には外筒6bの壁側に近接する環状部
材23が接続される。この環状部材23には外筒6bの外部レ
バー24が矢印の方向へ動くことにより支軸25を介し内部
レバー25Aが外部レバー24と反対の動きを行う。そして
内部レバー25Aには、接続部材26により環状部材23に連
結され、したがつて外部レバー24を動かすことにより、
スライドリング21が前後に動き2次空気開口面積を変え
ることが出来るようになつている。2次燃料16は2次フ
ランジ27に貫通した燃料マニホールド室28に導かれる。
そして2次空気通路17に位置する2次燃料ノズル15の先
端近傍に開口した燃焼噴出口29から空気通路内部へ2次
燃料が供給され、通路内部17で空気との混合が図られ
る。スライドリング21開度により2次空気流量を任意に
決定することが出来るようになつている。
An air flow rate adjusting slide ring 21 is attached which covers the inlet 20 of the secondary air passage 17 and moves back and forth to change the area of the air inlet to change the secondary air flow rate. Supports 22 are attached to the slide ring 21 at four locations around the circumference, and an annular member 23 adjacent to the wall side of the outer cylinder 6b is connected to the support member 22. When the outer lever 24 of the outer cylinder 6b moves in the direction of the arrow in the annular member 23, the inner lever 25A moves opposite to the outer lever 24 via the support shaft 25. Then, the inner lever 25A is connected to the annular member 23 by the connecting member 26, and accordingly, by moving the outer lever 24,
The slide ring 21 moves back and forth to change the secondary air opening area. The secondary fuel 16 is introduced into the fuel manifold chamber 28 that penetrates the secondary flange 27.
Then, the secondary fuel is supplied to the inside of the air passage from the combustion injection port 29 opened near the tip of the secondary fuel nozzle 15 located in the secondary air passage 17, and the inside of the passage 17 is mixed with the air. The secondary air flow rate can be arbitrarily determined by the opening degree of the slide ring 21.

第3図にガスタービン立上げから定格負荷までの2次
空気流量の変化を示し、これに追従したスライドリング
の開度変化を第4図に示す。
FIG. 3 shows the change in the secondary air flow rate from the start-up of the gas turbine to the rated load, and FIG. 4 shows the change in the opening of the slide ring that follows this change.

着火からタービン回転数100%までは圧縮機の回転数
上昇に伴う空気流量が増加する。100%回転数では全体
空気の約25〜30%が2次空気となる。100%回転数時が
0%負荷時であり100%負荷まではタービン回転数が一
定であるための空気流量はほぼ一定である。しかしなが
ら2次空気は第3図に示すごとく25%近傍で2段目燃料
の投入開始となるための2次空気は1/2以下となる。第
4図に示すごとくスライドリング開度が閉方向に移動
し、約40%負荷時までは一定の閉開度を保ち、それ以上
の負荷時では徐々に開度が大となり約75%負荷時でスラ
イドリングが全開となる。2次空気流量をスライドリン
グ21開となるにつれて増大する。75%以上でさらに2次
空気量が増大することは圧縮機入口部に装着した空気案
内羽根角度を開方向とするため全体的に空気流量が増大
することに起因するものである。第5図にスライドリン
グ開度に対する2次空気の変化と1次空気の変化とを示
す。2次空気の変化はスライドリング開度を変化するこ
とによつて変わるが1次空気量はスライドリング開度を
閉とすることによつて2次空気が減少する。この減少し
た量がライナ6bとライナ6aに増加となつて配分されるた
め1次空気量が増大するものである。第6図に1次,2次
燃料投入計画を示す。着火からガスタービン負荷25%近
傍までは1次燃料のみで燃焼を行ない、25%以上で2次
燃料を投入する。この時、急激な負荷変動を無くするた
め1次,2次燃料流量の総和を各負荷に応じた一定量にし
ておき1次燃料を減ずると共に減少分量に見合つた2次
燃料を投入する。約40%負荷までは2次空気量を一定
(第3,4図に示すようにスラドリングを閉近傍一定とす
る)の小流量にしているため2次燃料を出来るだけ小量
に抑えることが望ましく、これによりCOなどの未燃焼成
分を抑えることが出来る。第7図に1次燃焼によるCO,N
Oxの特性を示す。
From ignition to 100% turbine speed, the air flow rate increases as the compressor speed increases. At 100% speed, about 25-30% of the total air becomes secondary air. The air flow rate is almost constant because the turbine speed is constant up to 100% load at 0% load at 100% speed. However, as shown in FIG. 3, the secondary air is about 25% or less, and the secondary air for starting the injection of the second stage fuel is less than 1/2. As shown in Fig. 4, the slide ring opening moves toward the closing direction and maintains a constant closing opening until about 40% load, and when the load is more than that, the opening gradually increases and becomes about 75% load. The slide ring is fully opened. The secondary air flow rate increases as the slide ring 21 opens. The fact that the secondary air amount further increases at 75% or more is due to the fact that the air flow rate increases as a whole because the angle of the air guide vanes attached to the inlet of the compressor is in the opening direction. FIG. 5 shows changes in the secondary air and changes in the primary air with respect to the slide ring opening. The change of the secondary air changes by changing the opening of the slide ring, but the amount of primary air decreases by closing the opening of the slide ring. This reduced amount is distributed to the liner 6b and the liner 6a in an increased manner, so that the primary air amount increases. Figure 6 shows the primary and secondary fuel injection plans. From ignition to around 25% of the gas turbine load, combustion is performed with only the primary fuel, and secondary fuel is added at 25% or more. At this time, in order to eliminate a sudden load change, the sum of the primary and secondary fuel flow rates is set to a constant amount according to each load, the primary fuel is reduced, and the secondary fuel commensurate with the reduced amount is injected. Up to about 40% load, the secondary air amount is kept constant (the sludge ring is kept close to the closed position as shown in Figs. 3 and 4), so the amount of secondary fuel can be kept as small as possible. Desirably, this can suppress unburned components such as CO. Fig. 7 shows CO, N from the primary combustion
The characteristics of Ox are shown.

1次燃料が多く、かつ1次空気が多いとCOが発生す
る。これは過冷却燃焼によるためであるがCO濃度を低く
抑えるためにはF/A1=0.007以下となるように1次燃料
を減少しすぎることは出来ない。したがつて、2次燃料
投入時にはスライドリング開度を小さくし、2次燃料を
出来るだけ小さくすることが必要であり、スライドリン
グ開度を閉方向としたために1次空気流量が増加するこ
の空気流量の増加以上に1次燃料流量を増加した状態で
燃焼を行うものである。
CO is generated when there is a lot of primary fuel and a lot of primary air. This is due to supercooled combustion, but in order to keep CO concentration low, it is impossible to reduce the primary fuel too much so that F / A 1 = 0.007 or less. Therefore, it is necessary to reduce the opening of the slide ring at the time of introducing the secondary fuel to reduce the secondary fuel as much as possible, and the primary air flow rate increases because the opening of the slide ring is closed. Combustion is performed with the primary fuel flow rate increased more than the flow rate increase.

F/A1は0.007以上〜0.012以下とすることが、COの発生
を抑えNOx濃度を低く抑えるために好ましい。第8図に
2次燃料投入後の25〜40%負荷近傍におけるCOの発生特
性を示す。F1/A2比率が1/1の場合に比べF1/F2=6/4のよ
うにF2に対する比率が多くなるとCOの発生を少なく抑え
ることが出来、F1/F2=6/4程度が良好である。これはF1
/F2=4/6よりもF1が少なくなるとF1失火に至り、逆にF1
/F2=7/3以上にF1を増加するとNOx増大とF2の失火に結
びつくものである。第9図に定格時のF2燃焼のNOxCO特
性を示す。F2/A2=0.045近傍でCOが増大し、さらにF2
を減少すると不安定範囲に入り、その後吹消えに至る。
又F2/A2=5.3近傍から急激にNOxが増加し始め、さらにF
2量を増大すると2次空気通路が過熱され始める。最適
範囲は0.045≦F2/A2≦0.053が好ましい。第10図に高負
荷時におけるCO,NO特性に及ぼすF1/F2の関係を示すF1/F
1=1/1の場合にはほぼNOx限界値となりF1/F2=0.8/1.2
の場合には2次空気,燃料の予混合量が増加し、かつF1
量が減少するためNOxの発生を少なくすることが出来
る。すなわち、F1/F2比が1/1〜0.8/1.2で良好であり、F
1/F2=0.6/1.4よりもF1量が小となるとCOが発生し、F1/
F2=1/1よりもF1量が大となるとNOxが発生する。このよ
うにF1量を減少すればF1燃料が空気過剰となるためCOが
発生する範囲となり、逆にF1量が多くなるとNOxが発生
するようになる。第11図にガスタービン負荷に対し、本
発明による運転制御を用いた場合のNOxCO特性を示す。
とくに25%近傍からのF2投入後では点線で示すF1/F2=1
/1の場合に比べF1/F2=6/4とした場合のCOは半減するこ
とが出来、さらに40%程度の負荷帯でCOを殆ど無くする
ことが出来る。一方NOxは若干高くなるものの全体的に
低く抑えることが出来る。特に100%負荷近傍において
は第10図に示す如くF1/F2が1/1の場合に比べF1/F2=0.8
/1.2の場合にはNOx濃度を約25%低減することが出来
る。このようにF2投入時にはF1/F2のF1比率を大きく
し、また定格時にはF1/F2のF2比率を大きくすることに
よりF2投入後のCO濃度および定格時のNOx濃度を低く抑
えることが出来る。
F / A 1 is preferably 0.007 or more and 0.012 or less in order to suppress the generation of CO and suppress the NOx concentration to a low level. Fig. 8 shows the CO generation characteristics near the 25-40% load after the secondary fuel injection. F 1 / A 2 ratio F 1 / F 2 = 6/ 4 becomes large ratio F 2 when it is possible to suppress decrease the generation of CO as compared to the case of 1/1, F 1 / F 2 = 6 / 4 is good. This is F 1
/ F 2 = F 1 less than 4/6 leads to F 1 misfire, conversely F 1
Increasing F 1 above / F 2 = 7/3 leads to NOx increase and F 2 misfire. Figure 9 shows the NOxCO characteristics of F 2 combustion at the rated time. CO increases near F 2 / A 2 = 0.045, and when the amount of F 2 is further decreased, it enters the unstable range and then blows off.
In addition, NOx suddenly started to increase from around F 2 / A 2 = 5.3.
2 When the amount is increased, the secondary air passage begins to overheat. The optimum range is preferably 0.045 ≦ F 2 / A 2 ≦ 0.053. The 10 CO at high load in the figure, shows the relationship between F 1 / F 2 on the NO characteristics F 1 / F
When 1 = 1/1, it is almost the NOx limit value. F 1 / F 2 = 0.8 / 1.2
In the case of, the amount of premixed secondary air and fuel increases, and F 1
Since the amount decreases, NOx generation can be reduced. That is, the F 1 / F 2 ratio is good at 1/1 to 0.8 / 1.2, and
When the amount of F 1 is smaller than 1 / F 2 = 0.6 / 1.4, CO is generated and F 1 /
NOx is generated when the amount of F 1 is larger than F 2 = 1/1. In this way, if the F 1 amount is decreased, the F 1 fuel becomes air excess, so that it becomes a range where CO is generated, and conversely, if the F 1 amount is increased, NOx is generated. FIG. 11 shows the NOxCO characteristics when the operation control according to the present invention is used for the gas turbine load.
Especially, after F 2 is injected from around 25%, F 1 / F 2 = 1 shown by the dotted line
Compared with the case of / 1, CO when F 1 / F 2 = 6/4 can be halved, and CO can be almost eliminated in the load zone of about 40%. On the other hand, NOx is slightly higher, but can be kept low overall. Especially in the vicinity of 100% load, F 1 / F 2 = 0.8 as compared to the case where F 1 / F 2 is 1/1 as shown in Fig. 10.
In the case of /1.2, NOx concentration can be reduced by about 25%. Thus F 2 by increasing the F 1 ratio of F 1 / F 2 at the time of on, also the CO concentration and NOx concentration at the rated after F 2 turned by increasing the F 2 ratio of F 1 / F 2 at the time of the rated Can be kept low.

又、第12図に示すようにスライドリング21の制御信号
30を介してF2流量を制御し最適なF2/A2となるような運
転を行うのみならず、この制御信号30によつてF1流量も
制御することによりF2投入時に見られるCO発生を抑える
ことが出来る。
Also, as shown in FIG. 12, the control signal of the slide ring 21 is
30 not only performs the control and optimal F 2 / A 2 become such operation the F 2 flow through, seen when F 2 is turned by controlling also Yotsute F 1 flow to the control signal 30 CO Occurrence can be suppressed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、特にF2投入後の燃焼特性を向上さ
せ、定格時のNOx濃度を低く抑えることが出来るという
利点を生じる。さらにF1/A1、およびF2/A2の最適な運転
制御範囲を明確化し、最良の運転パターンで操作するこ
とが出来る。又、F2投入による急激な負荷変動を防止す
ることが出来るという利点も生じる。
According to the present invention, there is an advantage that the combustion characteristics can be particularly improved after the introduction of F 2 and the NOx concentration at the time of rating can be suppressed low. Furthermore, the optimum operation control range of F 1 / A 1 and F 2 / A 2 can be clarified, and the operation can be performed with the best operation pattern. In addition, there is an advantage that it is possible to prevent a sudden load change due to the introduction of F 2 .

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

第1図はガスタービン燃焼器の構成を示す断面図、第2
図は2次燃料供給部の拡大断面図、第3図及び第4図は
ガスタービン負荷に対するスライドリング動作計画を示
す図表、第5図はスライドリング開度とA1,A2量との変
化を示す図表、第6図はガスタービン負荷に対する燃料
計画を示す図表、第7図は1次燃焼によるCO,NO特性を
示す図表、第8図は2燃料投入直後の特性を示す図表、
第9図及び第10図は、100%近傍負荷時のCO,NOx特性を
示す図表、第11図は全負荷帯にわたるCO,NOx特性を示す
図表、第12図はスライドリングおよびF1,F2の制御の説
明図である。 7……頭部燃焼室、8……後部燃焼室、9……1次燃
料、16……2次燃料、21……スライドリング、17……空
気通路部。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a gas turbine combustor, and FIG.
The figure is an enlarged cross-sectional view of the secondary fuel supply section. Figures 3 and 4 are charts showing the slide ring operation plan with respect to the gas turbine load. Figure 5 is the change of the slide ring opening and the amount of A 1 , A 2. Fig. 6 is a diagram showing a fuel plan for a gas turbine load, Fig. 7 is a diagram showing CO, NO characteristics due to primary combustion, and Fig. 8 is a chart showing characteristics immediately after fuel injection.
Figures 9 and 10 show the CO, NOx characteristics at 100% load, Figure 11 shows the CO, NOx characteristics over the entire load range, and Figure 12 shows the slide ring and F 1 , F. FIG. 7 is an explanatory diagram of control 2 ; 7 ... head combustion chamber, 8 ... rear combustion chamber, 9 ... primary fuel, 16 ... secondary fuel, 21 ... slide ring, 17 ... air passage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 好弘 土浦市神立町502番地 株式会社日立製 作所機械研究所内 (72)発明者 黒田 倫夫 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日 立製作所日立工場内 (72)発明者 広瀬 文之 日立市幸町3丁目1番1号 株式会社日 立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭60−57131(JP,A) 特開 昭61−52523(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiro Uchiyama 502 Kazunachicho, Tsuchiura City Hitachi Ltd. Machinery Research Laboratory (72) Inventor Tomio Kuroda 3-1-1 Sachimachi Hitachi City Hitachi Inside Hitachi Works (72) Inventor Fumiyuki Hirose 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City Inside Hitachi Works, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-60-57131 (JP, A) JP-A-61 -52523 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】燃焼室の上流側に設けられた1次燃焼用燃
料ノズルと、該1次燃焼用燃料ノズルの下流側に設けら
れた2次燃焼用燃料ノズルと、2次燃焼用空気の流量を
調節する手段とを備えるガスタービン2段燃焼器の運転
方法において、ガスタービン負荷が前記2次燃焼用燃料
ノズルから2次燃料を投入する負荷になったとき該負荷
から所要負荷に達するまでの期間は該2次燃料を徐々に
増量すると共に、前記1次燃焼用燃料ノズルから供給さ
れている1次燃料を徐々に減量して1次燃料と2次燃料
の和が略一定となるように制御することを特徴とするガ
スタービン2段燃焼器の運転方法。
1. A fuel nozzle for primary combustion provided upstream of a combustion chamber, a fuel nozzle for secondary combustion provided downstream of the fuel nozzle for primary combustion, and an air for secondary combustion. In a method of operating a gas turbine two-stage combustor including means for adjusting a flow rate, when the gas turbine load becomes a load for injecting secondary fuel from the fuel nozzle for secondary combustion, until the load reaches a required load. During the period, the secondary fuel is gradually increased and the primary fuel supplied from the primary combustion fuel nozzle is gradually reduced so that the sum of the primary fuel and the secondary fuel becomes substantially constant. A method for operating a gas turbine two-stage combustor, which is characterized in that
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記1次
燃料の減量に対応して前記2次燃焼用空気の流量を徐々
に減量させることを特徴とするガスタービン2段燃焼器
の運転方法。
2. The operation of a gas turbine two-stage combustor according to claim 1, wherein the flow rate of the secondary combustion air is gradually reduced corresponding to the reduction of the primary fuel. Method.
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