JP3192041B2 - Gas turbine combustion apparatus and control method thereof - Google Patents
Gas turbine combustion apparatus and control method thereofInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの燃焼装
置およびその制御方法の改良に係り、特に予混合燃焼が
行われる燃焼器を備えたガスタービンの燃焼装置および
その制御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 gas turbine combustion apparatus and a control method thereof, and more particularly to a gas turbine combustion apparatus having a combustor for performing premix combustion and a control method thereof. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】天然ガスあるいは灯油や軽油などが燃焼
する時に発生するＮＯｘ（酸化窒素）は、空気中の窒素
が酸化されて発生するサーマルＮＯｘである。サーマル
ＮＯｘの生成は、当然のことながら温度依存性が高く、
一般に窒素含有量の少ない燃料を使用するガスタービン
などでは、火炎温度の低減が低ＮＯｘ燃焼法の基本思想
である。2. Description of the Related Art NOx (nitrogen oxide) generated when natural gas or kerosene or light oil is burned is thermal NOx generated by oxidizing nitrogen in air. Naturally, the generation of thermal NOx is highly temperature-dependent,
Generally, in a gas turbine or the like using a fuel having a low nitrogen content, the reduction of the flame temperature is the basic idea of the low NOx combustion method.
【０００３】特に、ガスタービンに採用される燃焼装置
は、ボイラ等で使用される燃焼装置とは異なり、ガスタ
ービンの負荷に応じて燃料流量は変化するが、空気流量
はほぼ一定であり、燃料と空気との質量流量比である燃
空比が部分負荷から１００％定格負荷の間で大きく変化
する。[0003] In particular, a combustion device used in a gas turbine differs from a combustion device used in a boiler or the like, in that the fuel flow rate changes in accordance with the load of the gas turbine, but the air flow rate is substantially constant. The fuel-air ratio, which is the mass flow ratio between air and air, changes greatly between partial load and 100% rated load.
【０００４】また燃料流量が最大となる定格負荷付近で
も、燃料の完全燃焼に必要な理論空気量の２倍近い多量
の空気が供給される。従って、大過剰の空気量で火炎を
形成する稀薄燃焼が適用でき、これが現状の燃焼器で採
用されるＮＯｘ低減法の主流技術である。[0004] Even near the rated load at which the fuel flow rate is maximized, a large amount of air is supplied, which is nearly twice the theoretical air amount required for complete combustion of the fuel. Therefore, lean combustion in which a flame is formed with a large excess amount of air can be applied, and this is the mainstream technology of the NOx reduction method employed in current combustors.
【０００５】気体燃料の燃焼法は、燃料と空気とが混合
しながら燃焼する拡散燃焼法と、燃料と空気とを予め混
合してノズルより噴出する予混合燃焼法に大別される。[0005] Gas fuel combustion methods are broadly classified into a diffusion combustion method in which fuel and air are mixed and burned, and a premixed combustion method in which fuel and air are mixed in advance and then ejected from a nozzle.
【０００６】拡散燃焼は火炎安定性に優れ、広い燃空比
範囲で火炎を形成できるが、燃料と空気とが混合しなが
ら燃焼するため、火炎内で空間的に燃空比は大きく変化
し、稀薄燃焼を試みても燃料の一部は燃料過剰の状態で
燃焼する。従って、局所的に火炎温度が高くなり、多量
のＮＯｘが発生し易い。[0006] Diffusion combustion has excellent flame stability and can form a flame in a wide fuel-air ratio range. However, since fuel and air are mixed and burned, the fuel-air ratio spatially changes greatly in the flame. Even if lean burn is attempted, part of the fuel burns in a state of excess fuel. Therefore, the flame temperature locally increases, and a large amount of NOx is easily generated.
【０００７】一方予混合燃焼は、燃料と空気とを燃焼室
に投入する前に予め混合しておくことから、拡散燃焼よ
りは火炎内の燃空比の均一化を図り易く、混合の不均一
による局所的な高温部の形成が無いため、ＮＯｘ低減の
効果が大きい。On the other hand, in premixed combustion, the fuel and air are mixed before being charged into the combustion chamber, so that the fuel-air ratio in the flame is more easily made uniform than in diffusion combustion, and the mixing is uneven. As a result, there is no local formation of a high-temperature portion, so that the effect of reducing NOx is great.
【０００８】しかしながら、このものは安定に火炎を形
成できる燃空比および予混合器出口速度の条件が拡散燃
焼より狭いのが欠点である。特に、ガスタービンの起動
から１００％負荷までの運転、あるいは緊急時の負荷遮
断運転では、燃料流量が幅広く変化するため、予混合燃
焼だけでガスタービンを運用するのは困難となる。However, this is disadvantageous in that the conditions of the fuel-air ratio and the premixer outlet speed at which the flame can be formed stably are narrower than those of the diffusion combustion. In particular, in the operation from the start of the gas turbine to 100% load or in the emergency load shedding operation, the fuel flow rate varies widely, so that it is difficult to operate the gas turbine only by the premixed combustion.
【０００９】このため一般には、起動からある部分負荷
までは拡散燃焼を使用し、ある負荷以上で予混合燃焼を
開始する、いわゆる二段燃焼法が採用されている（特開
昭６１−２２１０６号公報、特開昭６１−２２１２７号
公報参照）。For this reason, a so-called two-stage combustion method is generally employed in which diffusion combustion is used from the start up to a certain partial load and premixed combustion is started at a certain load or more (Japanese Patent Laid-Open No. 61-22106). Gazette, JP-A-61-22127).
【００１０】このようにガスタービンにおいては、主燃
焼に予混合燃焼が採用されているいるわけであるが、こ
の予混合燃焼において、予混合火炎を形成するには、混
合気の噴出速度と燃空比をある値以上に設定する必要が
ある。すなわち噴出速度が高くなると火炎は吹き消え、
低くなると混合気噴出ノズル内に火炎が入る、所謂、逆
火となる。As described above, in a gas turbine, premixed combustion is employed for main combustion. In this premixed combustion, in order to form a premixed flame, the injection speed of the air-fuel mixture and the combustion speed are determined. It is necessary to set the air ratio to a certain value or more. In other words, the flame blows out when the ejection speed increases,
When the temperature is lowered, a flame enters the air-fuel mixture ejection nozzle, which is a so-called flashback.
【００１１】ガスタービン燃焼装置を広い負荷範囲で安
定に運用するには、燃焼条件を適正に設定する必要があ
り、このためには吹き消えや逆火を監視あるいは検知
し、速やかに対処する必要がある。In order to operate the gas turbine combustion device stably over a wide load range, it is necessary to set combustion conditions properly. For this purpose, it is necessary to monitor or detect blowout or flashback and take immediate action. There is.
【００１２】従来から一般に採用されている火炎の監視
法としては、火炎からの光をフォトダイオードを用いて
検出する火炎検知装置やファイバースコープを介しＴＶ
カメラに映像化することで火炎を監視するものなどがあ
る。Conventionally, a method of monitoring a flame generally includes a flame detection device that detects light from the flame using a photodiode or a TV through a fiberscope.
There are those that monitor the flame by imaging it with a camera.
【００１３】なお、これに関連するものとしては、特開
昭６３−１５０６３４号公報および特開昭６３−２６３
４２７号公報などが挙げられる。As related to this, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 63-150634 and 63-263
427, and the like.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】たしかに、このような
光を利用する火炎検出装置は、失火及び着火の確認には
応答性が良く有効であるが、しかしながら混合器の噴出
ノズル内に火炎が入る状態、すなわち逆火現象を検出し
ようとすると、火炎外部に光センサを配置するものでは
その検出は不可能であり、混合器内に光センサを配置す
ることになる。The flame detecting device utilizing such light is effective in confirming misfire and ignition with good responsiveness. However, flame enters the jet nozzle of the mixer. If an attempt is made to detect the state, that is, the flashback phenomenon, it is impossible to detect the state by arranging an optical sensor outside the flame, and the optical sensor is arranged inside the mixer.
【００１５】またこの場合、混合器に入った光だけを検
出しようとすると、燃焼室内からの迷光を防ぐ対策が必
要であり、混合噴出ガスとの関係から検出器の構造また
混合器の構造が複雑となる。In this case, if it is intended to detect only the light that has entered the mixer, it is necessary to take measures to prevent stray light from entering the combustion chamber. It gets complicated.
【００１６】また、光を利用する検出装置では、たとえ
逆火が検出できたとしても、迷光を防ぐ装置の関係、す
なわち迷光を遮断する装置を越えてからの光を検出する
ことになるので、逆火が起きてから初めて検出されるこ
とになり、すなわち逆火が生じてから所定時間後対処さ
れることになり、このものでは逆火により予混合器の噴
出部が焼損してしまう恐れがあった。Further, in the detection device utilizing light, even if a flashback can be detected, the relationship between the device for preventing stray light, that is, the light after passing through the device for blocking stray light, is detected. This is detected only after the flashback occurs, that is, the countermeasure is taken after a predetermined time has elapsed since the flashback occurred. there were.
【００１７】本発明はこれに鑑みなされたものでその目
的とするところは、逆火及び失火状態が素早く検知さ
れ、すなわち素早い対処がなされ、逆火が生じても予混
合器が焼損する恐れのないこの種ガスタービンの燃焼装
置を提供するにある。The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to quickly detect a flashback and misfire condition, that is, to take a quick action, and even if a flashback occurs, the premixer may be burned. There is no such thing as providing a gas turbine combustion device.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、予混
合器の混合気排出側に配置されている保炎器に温度セン
サーを設けるとともに、予混合器に供給される燃料と燃
焼空気の流量を負荷に応じて制御する制御装置に、前記
温度センサーからの温度変化信号にて予混合器への供給
燃料流量および供給空気流量を補正制御する補正制御装
置を設けるようになし所期の目的を達成するようにした
ものである。That is, the present invention provides a flame stabilizing device disposed on a mixture discharge side of a premixer, and a temperature sensor, and a flow rate of fuel and combustion air supplied to the premixer. The control device that controls according to the load, a correction control device that corrects and controls the supply fuel flow rate and the supply air flow rate to the premixer based on the temperature change signal from the temperature sensor is provided. It is to achieve.
【００１９】[0019]
【作用】すなわちこのように形成されたガスタービンの
燃焼装置であると、最も温度的に敏感な保炎器に温度セ
ンサーが配置され、そしてこの温度の程度あるいは変化
をとらえて補正制御装置により予混合器への供給燃料流
量および供給空気流量を補正制御するようになしたか
ら、逆火や失火状態が素早く検知され、かつそれに伴う
供給流量が制御されるので、予混合器の噴出部の加熱、
焼損は防止される。In the gas turbine combustion apparatus formed as described above, a temperature sensor is disposed in the most temperature-sensitive flame stabilizer, and the degree or change in the temperature is detected by the correction control device. Correction control of the supply fuel flow and supply air flow to the mixer allows quick detection of flashback and misfire conditions and the control of the supply flow accordingly, thus heating the premixer jet. ,
Burnout is prevented.
【００２０】[0020]
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図２にはそのガスタービンの燃焼装置およ
びその周辺が線図で示されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 2 is a diagram showing the combustion device of the gas turbine and the periphery thereof.
【００２１】ガスタービンは、主に燃焼用および冷却用
の空気を供給する空気圧縮機１、高温高圧のガスを発生
する燃焼装置３および燃焼装置の燃焼器３ａにより発生
したガスにより駆動するタービン２より構成される。The gas turbine includes an air compressor 1 for mainly supplying air for combustion and cooling, a combustion device 3 for generating high-temperature and high-pressure gas, and a turbine 2 driven by gas generated by a combustor 3a of the combustion device. It is composed of
【００２２】圧縮機１からの空気１ａは、燃焼器３ａへ
と導かれ、この燃焼器内で燃焼ガス４となってタービン
２へと流入する。この場合、燃焼器３ａは拡散燃焼部５
と予混合燃焼部６とより構成されている。The air 1a from the compressor 1 is guided to a combustor 3a, in which a combustion gas 4 flows into the turbine 2 as a combustion gas. In this case, the combustor 3a includes the diffusion combustion unit 5
And a premix combustion unit 6.
【００２３】拡散燃焼部５では燃料ノズル７より噴出さ
れる燃料７ａが燃焼筒壁に設けられる燃焼空気孔より流
入する空気によって燃焼される。一方、予混合燃焼部で
は燃料ノズル８より噴出される燃料８ａが予混合器１０
内で空気９と混合された後に燃焼室へ投入されて燃焼す
る。In the diffusion combustion section 5, the fuel 7a ejected from the fuel nozzle 7 is burned by the air flowing from the combustion air hole provided in the combustion cylinder wall. On the other hand, in the premixed combustion section, fuel 8a ejected from the fuel nozzle 8 is supplied to the premixer 10
After being mixed with the air 9 therein, it is charged into a combustion chamber and burned.
【００２４】この実施例では、予混合器の空気流入孔に
流入孔面積を調整する空気流量調整機１１が設置され、
これにより予混合器に流入する空気流量が調整される。
予混合器１０の出口には保炎器１２が設置され、保炎器
下流で予混合火炎が形成される。In this embodiment, an air flow controller 11 for adjusting the area of the inflow hole is provided at the air inflow hole of the premixer.
Thereby, the flow rate of the air flowing into the premixer is adjusted.
A flame stabilizer 12 is provided at the outlet of the premixer 10, and a premixed flame is formed downstream of the flame stabilizer.
【００２５】燃焼器３ａに投入される全燃料流量は、ガ
スタービンの負荷指令装置１３により設定され、燃焼器
入口で燃料流量調節弁１４、１５を介して拡散燃焼用と
予混合燃焼用とに分割される。The total flow rate of the fuel supplied to the combustor 3a is set by a load command device 13 of the gas turbine. The fuel flow control valves 14 and 15 are used at the inlet of the combustor for diffusion combustion and premix combustion. Divided.
【００２６】ガスタービンの起動時並びに低負荷運転時
には拡散火炎だけが形成され、或る負荷以上で予混合燃
焼用燃料８ａが投入され、拡散燃焼部５からの高温の燃
焼ガスで予混合燃焼用燃料８ａが点火される。予混合火
炎が形成される負荷以上でガスタービンが運転される時
には拡散燃焼と予混合燃焼とが併用される。At the time of starting the gas turbine and at the time of low load operation, only diffusion flame is formed. Premixed combustion fuel 8a is supplied at a certain load or more, and high temperature combustion gas from diffusion combustion section 5 is used for premixed combustion. The fuel 8a is ignited. When the gas turbine is operated at a load higher than the load at which the premixed flame is formed, diffusion combustion and premixed combustion are used in combination.
【００２７】図１には、このときの燃焼制御装置および
予混合器１０が示されている。予混合器１０の出口部に
は保炎器１２が設けられ、保炎器１２下流に発生する渦
部２３に火炎が形成される。この保炎器１２には温度セ
ンサー２４として熱電対が設置される。FIG. 1 shows the combustion control device and the premixer 10 at this time. A flame stabilizer 12 is provided at an outlet of the premixer 10, and a flame is formed in a vortex 23 generated downstream of the flame stabilizer 12. A thermocouple is installed in the flame stabilizer 12 as a temperature sensor 24.
【００２８】燃焼器の運転条件は燃焼制御装置により設
定される。燃焼制御装置には、負荷指令、燃料発熱量、
大気湿度、保炎器温度、ガスタービン排気ガス温度が伝
えられ、これらの信号に基づき、拡散燃焼用燃料７ａや
予混合燃焼用燃料８ａの流量、空気流量調整器１１への
指令等が設定される。The operating conditions of the combustor are set by the combustion control device. The combustion control device has a load command, fuel calorific value,
The atmospheric humidity, the flame stabilizer temperature, and the gas turbine exhaust gas temperature are transmitted, and based on these signals, the flow rate of the diffusion combustion fuel 7a and the premix combustion fuel 8a, the command to the air flow rate regulator 11, and the like are set. You.
【００２９】燃料発熱量は、拡散燃焼用燃料制御弁１
４、予混合燃焼用燃料制御弁１５の上流からサンプリン
グし、また、ガスタービン排気ガス温度及び保炎器温度
は、温度センサーを介し、それぞれ発熱量測定器１６、
排気ガス温度測定器１７、保炎器温度測定器１８より計
画値からの偏差に対応する信号を空気流量調整補正器１
９及び拡散燃焼用燃料７ａ予混合燃焼用燃料８ａを配分
補正する燃料配分補正器２０に送る。The fuel calorific value is determined by the fuel control valve 1 for diffusion combustion.
4. Sampling is performed from the upstream of the fuel control valve 15 for premixed combustion, and the gas turbine exhaust gas temperature and the flame stabilizer temperature are measured via a temperature sensor via a calorific value measuring device 16,
A signal corresponding to the deviation from the planned value is output from the exhaust gas temperature measuring device 17 and the flame stabilizer temperature measuring device 18 to the air flow rate adjusting and correcting device 1
9 and the fuel for diffusion combustion 7a and the fuel for premixed combustion 8a are sent to a fuel distribution corrector 20 for performing distribution correction.
【００３０】大気湿度は、圧縮機１の入口よりサンプリ
ングし、大気湿度測定器２１よりこの変動に対応する信
号を空気流量調整補正器１９に送る。The atmospheric humidity is sampled from the inlet of the compressor 1, and a signal corresponding to this fluctuation is sent from the atmospheric humidity measuring device 21 to the air flow rate adjusting / correcting device 19.
【００３１】これらの信号は、燃料制御指令２０から空
気流量調整設定器２１を出た信号と加算器２２により加
えられ空気流量調整器１１により予混合燃焼用空気９を
調整する。また、拡散燃焼用燃料７ａ及び予混合燃焼用
燃料８ａは、燃料配分補正器２０からの信号を受け適正
な燃焼状態となるよう調整される。These signals are added by a signal from the fuel control command 20 to the air flow rate adjusting / setting device 21 and the adder 22 to adjust the premixed combustion air 9 by the air flow rate adjusting device 11. The fuel for diffusion combustion 7a and the fuel for premix combustion 8a are adjusted to receive a signal from the fuel distribution corrector 20 so as to be in an appropriate combustion state.
【００３２】予混合燃焼用燃料を拡散燃焼部５からの燃
焼ガスで着火する際には、拡散燃焼用燃料７ａを減少
し、減少量だけ予混合燃料８ａを投入する。予混合火炎
の逆火と失火を防ぐよう燃料流量と空気流量が、大気湿
度並びに燃料発熱量検測定器１６からの信号により調整
される。When the premixed combustion fuel is ignited by the combustion gas from the diffusion combustion section 5, the diffusion combustion fuel 7a is reduced and the reduced amount of the premixed fuel 8a is supplied. The fuel flow rate and the air flow rate are adjusted by the atmospheric humidity and the signal from the fuel calorific value detector 16 so as to prevent flashback and misfire of the premixed flame.
【００３３】予混合火炎が形成されると保炎器１２の温
度は上昇する。従って予混合燃料投入後数秒間で保炎器
温度がある温度以上に上昇しないときには、予混合燃料
８ａの供給を停止し、予混合燃焼開始前の燃焼状態に燃
焼器の運転条件に戻る。再び予混合火炎の点火前に燃料
流量や空気流量が再設定される。When a premixed flame is formed, the temperature of the flame stabilizer 12 rises. Therefore, when the flame stabilizer temperature does not rise above a certain temperature within a few seconds after the injection of the premixed fuel, the supply of the premixed fuel 8a is stopped, and the combustion condition returns to the combustion state before the start of the premixed combustion. Before the ignition of the premixed flame again, the fuel flow rate and the air flow rate are reset.
【００３４】保炎器１２の温度がある値以上になると、
予混合火炎が予混合器内に入り予混合器並びに保炎器が
焼損する可能性が高くなるため、保炎器温度が低くなる
よう燃料流量と空気流量を調整する。When the temperature of the flame stabilizer 12 exceeds a certain value,
Since the possibility of the premixed flame entering the premixer and burning of the premixer and the flame stabilizer increases, the fuel flow rate and the air flow rate are adjusted so that the flame stabilizer temperature is lowered.
【００３５】図３から図７には、保炎状態と温度センサ
ー２４の温度変化との関係がそれぞれ示されている。な
お、この場合各保炎状態における温度変化の値は、燃焼
器により異なることが多く予め確認しておく必要がある
ことは勿論である。FIGS. 3 to 7 show the relationship between the flame holding state and the temperature change of the temperature sensor 24, respectively. In this case, it is needless to say that the value of the temperature change in each flame holding state often differs depending on the combustor and needs to be confirmed in advance.
【００３６】図３は、逆火が生じたときの温度変化を示
したもので、前記保炎器１２に保炎されていた火炎が混
合器側へ逆火したとき、測定温度が急激に上がり始め
る。この場合、燃料８ａ（図２参照）を遮断させるか、
或いは燃料８ａを減少させ、かつ空気流量調整機１１を
開け空気９を増加させる。FIG. 3 shows a change in temperature when flashback occurs. When the flame held by the flame stabilizer 12 flashes back to the mixer side, the measured temperature rises sharply. start. In this case, the fuel 8a (see FIG. 2) is shut off or
Alternatively, the fuel 8a is reduced, and the air flow regulator 11 is opened to increase the air 9.
【００３７】さらに保炎器の下流部（保炎部）に温度セ
ンサー２５を設置（図１参照）し、温度センサー２４、
２５を同時に監視すれば、図４に示される温度変化では
保炎器に火炎が着火したと判断される。Further, a temperature sensor 25 is installed downstream of the flame stabilizer (flame stabilizer) (see FIG. 1).
If the temperature is monitored at the same time, it is determined that the flame has ignited at the temperature change shown in FIG.
【００３８】図５では、ある温度以下になった場合失火
が生じたと判断し、この場合予混合燃焼用用燃料８ａを
遮断し、この燃料８ａを拡散燃焼用燃料７ａに送る。あ
る温度以上では、まだ保炎状態なので燃料８ａを増加さ
せるか或いは空気流量調整機１１を開け空気９を減少さ
せ適正な燃焼状態に設定する。In FIG. 5, when the temperature falls below a certain temperature, it is determined that a misfire has occurred. In this case, the premixed combustion fuel 8a is shut off, and the fuel 8a is sent to the diffusion combustion fuel 7a. At a certain temperature or higher, since the flame is still held, the fuel 8a is increased or the air flow regulator 11 is opened to reduce the air 9 to set an appropriate combustion state.
【００３９】図６は、二つの温度センサーを備えたとき
の逆火の場合であり、前述した図３と同じ運用法を取る
ことになる。FIG. 6 shows a case of flashback when two temperature sensors are provided, and the same operation method as that of FIG. 3 is used.
【００４０】図７で示される温度変化の場合は、保炎−
失火が断続的に起こっていると判断され、燃料８ａを増
加させるか或いは空気流量調整機１１を開け空気９を減
少させ、適正な燃焼状態に設定する。In the case of the temperature change shown in FIG.
It is determined that the misfire has occurred intermittently, and the fuel 8a is increased or the air flow regulator 11 is opened to reduce the air 9 to set an appropriate combustion state.
【００４１】図８には、保炎器に設置される温度センサ
ーのその設置状態が示されている。温度センサーは、逆
火したとき高温雰囲気にさらされるため、逆火が繰返し
発生した場合には、断線或いは焼損する可能性があり、
また、前記予混合器１０を燃焼器に組み込むときに温度
センサーの引出線を断線させる可能性がある。従って、
取換え可能な構造で、かつ保炎器内に埋設するようにす
る。FIG. 8 shows the installation state of the temperature sensor installed on the flame stabilizer. The temperature sensor is exposed to a high temperature atmosphere when flashback occurs, so if flashback occurs repeatedly, there is a possibility of disconnection or burning,
Further, when the premixer 10 is incorporated in the combustor, there is a possibility that the lead wire of the temperature sensor is disconnected. Therefore,
It has a replaceable structure and is embedded in the flame holder.
【００４２】図８に示す保炎器２６の場合、保炎器の上
流に設置する温度センサー（例えば、熱伝対）２７は導
管２８に挿入し設置する。保炎部に設置する温度センサ
ー２９は導管３０で固定する。In the case of the flame stabilizer 26 shown in FIG. 8, a temperature sensor (for example, a thermocouple) 27 installed upstream of the flame stabilizer is inserted into the conduit 28 and installed. A temperature sensor 29 installed in the flame holding section is fixed by a conduit 30.
【００４３】図９に示す保炎器３１の場合、保炎部或い
は保炎部上流に設置する温度センサー３２は、取付け板
３３及び保炎器３１の中に温度センサー３２が通る程度
の穴を施し設置する。保炎器上流に設置する温度センサ
ー３４は、保炎器に穴３５を施し設置する。In the case of the flame stabilizer 31 shown in FIG. 9, the temperature sensor 32 installed in the flame stabilizer or upstream of the flame stabilizer is provided with a hole in the mounting plate 33 and the flame stabilizer 31 such that the temperature sensor 32 passes. Allocation and installation. The temperature sensor 34 installed upstream of the flame stabilizer is provided with a hole 35 in the flame stabilizer.
【００４４】これらの温度センサーは、保炎器の円周方
向に複数本設置し、一個所にまとめる。これら温度セン
サーの測定温度が複数本の内１本でも前述した図３から
図７に対応する温度変化を検出した場合は、それに対応
する燃焼制御を実行する。A plurality of these temperature sensors are installed in the circumferential direction of the flame stabilizer and are integrated at one place. If any one of the plurality of temperature sensors detects a temperature change corresponding to FIGS. 3 to 7 described above, the combustion control corresponding to the change is executed.
【００４５】以上のように温度センサーによる測定温度
変化から燃焼状態が的確に判断でき適正な燃焼状態に設
定できる。As described above, the combustion state can be accurately determined from the temperature change measured by the temperature sensor, and the combustion state can be set to an appropriate state.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明してきたように本発明は、保炎
器に温度センサーが配置され、そしてこの温度の程度あ
るいは変化をとらえて予混合器への供給燃料流量および
供給空気流量を補正制御するようになしたから、逆火や
失火状態が素早く検知され、かつそれに伴う供給流量の
制御がなされ、したがって逆火が生じても予混合器が焼
損する恐れのないこの種ガスタービンの燃焼装置を得る
ことができる。As described above, according to the present invention, the temperature sensor is disposed on the flame stabilizer, and the fuel flow rate and the supply air flow rate to the premixer are corrected by controlling the degree or change of the temperature. As a result, a flashback or misfire condition is quickly detected, and the supply flow rate is controlled accordingly, so that even if a flashback occurs, the premixer is not likely to be burned out. Can be obtained.
【図１】本発明のガスタービン燃焼装置の要部を示す線
図である。FIG. 1 is a diagram showing a main part of a gas turbine combustion device of the present invention.
【図２】本発明のガスタービン燃焼装置の周辺を示す線
図である。FIG. 2 is a diagram showing the periphery of the gas turbine combustion device of the present invention.
【図３】本発明のガスタービン燃焼装置の逆火時の温度
特性図である。FIG. 3 is a temperature characteristic diagram at the time of flashback of the gas turbine combustion device of the present invention.
【図４】本発明のガスタービン燃焼装置の着火時の温度
特性図である。FIG. 4 is a temperature characteristic diagram at the time of ignition of the gas turbine combustion device of the present invention.
【図５】本発明のガスタービン燃焼装置の失火時の温度
特性図である。FIG. 5 is a temperature characteristic diagram at the time of misfire of the gas turbine combustion device of the present invention.
【図６】本発明のガスタービン燃焼装置の逆火時の温度
特性図である。FIG. 6 is a temperature characteristic diagram at the time of flashback of the gas turbine combustion device of the present invention.
【図７】本発明のガスタービン燃焼装置の着火ー失火時
の温度特性図である。FIG. 7 is a temperature characteristic diagram at the time of ignition-misfire of the gas turbine combustion device of the present invention.
【図８】本発明のガスタービン燃焼装置の一実施例を示
す保炎器の縦断側面図である。FIG. 8 is a vertical sectional side view of a flame stabilizer showing one embodiment of the gas turbine combustion device of the present invention.
【図９】本発明のガスタービン燃焼装置の他の実施例を
示す保炎器の縦断側面図である。FIG. 9 is a vertical sectional side view of a flame stabilizer showing another embodiment of the gas turbine combustion device of the present invention.
１…圧縮機、２…タービン、３…燃焼器、４…燃焼ガ
ス、５…１段目燃焼部、６…２段目燃焼部、７…１段目
燃料ノズル、７ａ…１段目燃料、８…２段目燃料ノズ
ル、８ａ…２段目燃料、９…空気、１０…予混合器、１
１…空気流量調整機、１２、２６、３１…保炎器、１４
…拡散燃焼用燃料制御弁、１５…予混合燃焼用燃料制御
弁、２３…保炎器後流の渦、２４、２５、２７、２９、
３２、３４…温度センサー、２８、３０…導管、３３…
保炎器取付板。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Turbine, 3 ... Combustor, 4 ... Combustion gas, 5 ... 1st stage combustion part, 6 ... 2nd stage combustion part, 7 ... 1st stage fuel nozzle, 7a ... 1st stage fuel, 8: second stage fuel nozzle, 8a: second stage fuel, 9: air, 10: premixer, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air flow regulator, 12, 26, 31 ... Flame stabilizer, 14
... fuel control valve for diffusion combustion, 15 ... fuel control valve for premixed combustion, 23 ... vortex after the flame stabilizer, 24, 25, 27, 29,
32, 34 ... temperature sensor, 28, 30 ... conduit, 33 ...
Flame holder mounting plate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 直彦 茨城県日立市幸町三丁目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 平５−126335（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−263427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−22127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−22106（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−102118（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−116759（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 9/00 F23R 3/18 - 3/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Naohiko Iwata 3-1-1 Kochicho, Hitachi-shi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (56) References JP-A-5-126335 (JP, A) JP-A-63-263427 (JP, A) JP-A-63-150634 (JP, A) JP-A-61-22127 (JP, A) JP-A-61-22106 (JP, A) JP-A-3-102118 (JP (JP, A) Shokai Sho 63-116759 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F02C 9/00 F23R 3/18-3/32
Claims (7)
と、 該予混合器の混合気出口付近に設けられた保炎器と、 前記予混合器に供給される燃料と燃焼空気の量を負荷に
応じて制御する制御装置とを備えてなるガスタービンの
燃焼装置において、 前記保炎器の燃焼室側と予混合器側とに、夫々温度セン
サーを設けるとともに、 前記制御装置に、前記両温度センサーの温度差変化信号
にて予混合器への供給燃料流量および供給空気流量を補
正制御する補正制御装置を設けたことを特徴とするガス
タービンの燃焼装置 。1. A premixer for mixing fuel and combustion air.
A flame stabilizer provided near an air-fuel mixture outlet of the pre-mixer, and the amount of fuel and combustion air supplied to the pre-mixer as loads.
And a control device for controlling the
In the combustion apparatus, temperature sensors are respectively provided on the combustion chamber side and the premixer side of the flame stabilizer.
Provided with a service, to the control device, the temperature difference change signal of both temperature sensors
Supplements the fuel flow rate and supply air flow rate to the premixer with
Gas provided with a correction control device for performing a positive control
Turbine combustion equipment .
と、 該予混合器の混合気出口付近に設けられた保炎器と、 前記予混合器に供給される燃料と燃焼空気の量を負荷に
応じて制御する制御装置とを備えてなるガスタービンの
燃焼装置において、 前記保炎器の燃焼室側と予混合器側とに、夫々温度セン
サーを設けるとともに、 前記制御装置に、前記両温度センサーの温度差が所定値
以下のときに、予混合器への供給燃料流量および供給空
気流量を減ずる補正制御装置を設けたことを特徴とする
ガスタービンの燃焼装置 。2. A premixer for mixing fuel and combustion air.
A flame stabilizer provided near an air-fuel mixture outlet of the pre-mixer, and the amount of fuel and combustion air supplied to the pre-mixer as loads.
And a control device for controlling the
In the combustion apparatus, temperature sensors are respectively provided on the combustion chamber side and the premixer side of the flame stabilizer.
A temperature difference between the two temperature sensors is provided to the control device by a predetermined value.
The fuel flow rate and air supply to the premixer are
A correction control device for reducing air flow is provided.
Gas turbine combustion equipment .
と、 該予混合器の混合気出口付近に設けられた保炎器と、 前記予混合器に供給される燃料と燃焼空気の流量を負荷
に応じて制御する制御装置とを備えてなるガスタービン
の燃焼装置において、 前記保炎器に、混合気の流通方向に所定の間隔をおいて
複数個の温度センサーを配設するとともに、 前記制御装置に、前記複数個の温度センサーの温度差が
所定値以下に変化したと きに、予混合器への供給燃料流
量および供給空気流量を減ずる補正制御装置を設けたこ
とを特徴とするガスタービンの燃焼装置 。3. A premixer for mixing fuel and combustion air.
A flame stabilizer provided near an air-fuel mixture outlet of the pre-mixer, and a flow rate of fuel and combustion air supplied to the pre-mixer.
Gas turbine comprising a control device that controls according to
In the combustion device, the flame stabilizer is provided at a predetermined interval in the flow direction of the air-fuel mixture.
A plurality of temperature sensors are provided, and a temperature difference between the plurality of temperature sensors is provided to the control device.
To come to have changed less than a predetermined value, the supply fuel flow to the premixer
And a correction control device to reduce the
A combustion device for a gas turbine, characterized in that:
と、 該予混合器の混合気出口付近に設けられた保炎器と、 前記予混合器に供給される燃料と燃焼空気の流量を負荷
に応じて制御する制御装置とを備えてなるガスタービン
の燃焼装置において、 前記保炎器の燃焼室側と予混合器側とに、夫々温度セン
サーを設けるとともに、 前記制御装置に、前記両温度センサーの温度差が所定値
以下のときに、前記予混合器側に配置されている温度セ
ンサーの検出温度が所定の温度範囲内になるように予混
合器への供給燃料流量および供給空気流量を減ずる補正
制御装置を設けたことを特徴とするガスタービンの燃焼
装置 。4. A premixer for mixing fuel and combustion air.
A flame stabilizer provided near an air-fuel mixture outlet of the pre-mixer, and a flow rate of fuel and combustion air supplied to the pre-mixer.
Gas turbine comprising a control device that controls according to
In the combustion apparatus, the temperature sensors are respectively provided on the combustion chamber side and the premixer side of the flame stabilizer.
A temperature difference between the two temperature sensors is provided to the control device by a predetermined value.
In the following cases, the temperature sensor located on the premixer side
Pre-mixed so that the sensor detected temperature falls within the specified temperature range.
Compensation to reduce supply fuel flow and supply air flow to combiner
Gas turbine combustion characterized by having a control device
Equipment .
とともに、該熱電対を前記保炎器の内部に埋設してなる
請求項１、２、３、若しくは４記載のガスタービンの燃
焼装置。 5. A thermocouple is used as said temperature sensor.
And the thermocouple is embedded inside the flame stabilizer.
The fuel for a gas turbine according to claim 1, 2, 3, or 4.
Baking equipment.
と、 該予混合器の混合気出口付近に設けられた保炎器と、 前記予混合器に供給される燃料と燃焼空気の流量を、燃
焼器負荷に応じて制御する制御装置とを備えたガスター
ビンの燃焼装置の制御方法において、前記保炎器に、温
度センサーを配設するとともに、 前記制御装置に、前記温度センサーの検出温度が所定値
以下のときに、予混合器への供給燃料流量および供給空
気流量を減ずる補正制御装置を設け、かつ温度センサー
の指示する温度が、設定温度範囲より低い時には、予混
合燃焼用燃料を遮断し、予混合燃焼用燃料もしくは空気
流量を再設定後予混合燃料を燃焼器に投入し、 温度センサーの指示する温度が設定温度範囲より高い時
には、設定温度範囲内に入るよう予混合燃焼用空気もし
くは燃料流量を調整することを特徴とするガス タービン
の燃焼装置の制御方法 。 6. A premixer for mixing fuel and combustion air.
And a flame stabilizer provided near an air-fuel mixture outlet of the pre-mixer, and a flow rate of fuel and combustion air supplied to the pre-mixer.
A gas turbine equipped with a control device for controlling according to the furnace load
In the method for controlling a bottle combustion device, the flame stabilizer may be provided with a temperature.
A temperature sensor is provided, and the temperature detected by the temperature sensor is set to a predetermined value in the control device.
The fuel flow rate and air supply to the premixer are
Equipped with a correction control device to reduce air flow and a temperature sensor
If the temperature indicated by is lower than the set temperature range,
Shut off the fuel for combined combustion and use the fuel or air for premixed combustion.
When the premixed fuel is injected into the combustor after resetting the flow rate and the temperature indicated by the temperature sensor is higher than the set temperature range
If the premixed combustion air is within the set temperature range,
Gas turbine characterized by adjusting fuel flow rate
Control method of the combustion device .
と、 該予混合器の混合気出口付近に設けられた保炎器と、 前記予混合器に供給される燃料と燃焼空気の量を、燃焼
器負荷、燃料発熱量、大気温度、大気湿度および圧縮機
入口空気流量調整用案内羽根角度に応じて制御する制御
装置とを備えたガスタービンの燃焼装置の制御方法にお
いて、 前記保炎器に、混合気の流通方向に所定の間隔をおいて
複数個の温度センサーを配設するとともに、 前記制御装置に、前記複数個の温度センサーの検出温度
差が所定値以下のときに、予混合器への供給燃料流量お
よび供給空気流量を減ずる補正制御装置を設け、 かつ前記燃料発熱量、大気温度、大気湿度、圧縮機入口
空気流量調整用案内羽根角度を検出し、これらの検出信
号から供給空気流量と供給燃料流量を先ず設定し、その
後に前記温度センサーの指示する温度が設定温度範囲内
に入るように前記補正制御装置により予混合燃焼器の空
気流量もしくは燃料流量を調整するようにしたことを特
徴とするガスタービンの燃焼装置の制御方法 。7. A premixer for mixing fuel and combustion air.
And a flame stabilizer provided near an air-fuel mixture outlet of the pre-mixer, and the amount of fuel and combustion air supplied to the pre-mixer is
Load, fuel calorific value, atmospheric temperature, atmospheric humidity and compressor
Control that controls according to the guide blade angle for inlet air flow adjustment
The control method of the combustion device of the gas turbine provided with the device
At predetermined intervals in the flow direction of the air-fuel mixture in the flame stabilizer.
A plurality of temperature sensors are provided, and the controller detects the detected temperature of the plurality of temperature sensors.
When the difference is equal to or less than the predetermined value, the fuel flow rate to the premixer and the
And a correction control device for reducing the supply air flow rate, and the fuel calorific value, atmospheric temperature, atmospheric humidity, compressor inlet
Detects the angle of the guide vanes for air flow adjustment, and
First, set the supply air flow rate and supply fuel flow rate from
Later, the temperature indicated by the temperature sensor falls within the set temperature range.
By the correction control device so that the
It is noted that the air flow or the fuel flow was adjusted.
A method for controlling a combustion device of a gas turbine .
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|---|---|---|---|
| JP26701393A JP3192041B2 (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Gas turbine combustion apparatus and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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