JP3703615B2

JP3703615B2 - Gas turbine equipment

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Publication number: JP3703615B2
Application number: JP36240097A
Authority: JP
Inventors: 隆文中野; 智市川; 秋之介音成; 隆水野; 充広谷田部
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: JPH11173163A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン発電プラントのガスタービン装置に係り、特に燃焼器における安定な燃焼を図りつつ、好適な燃料流量制御を行えるようにしたガスタービン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、従来のガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【０００３】
図２０において、入口空気案内翼１を介して取り入れられた空気は、空気圧縮機２にて高圧空気に圧縮される。その圧縮された吐出空気は空気流路３を通り燃焼器４に入り、燃料の燃焼用空気として使用される。燃焼器４は、ガスタービンを中心として環状に複数台設けられているが、ここでは便宜上、そのうち１台だけを図示している。
【０００４】
一方、図示を省略した燃料圧力制御弁により圧力制御された燃料は、その下流の拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び予混合燃焼用燃料流量制御弁６を介して、それぞれの燃料配管を経て、拡散燃焼用燃料ノズル７及び予混合器を含めて図示した予混合燃焼用燃料ノズル８から燃焼器４に送給され、燃焼器４の器内で燃焼して高温高圧ガスとなる。
【０００５】
なお、前述のように燃焼器４は複数台設けられているので、拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び予混合燃焼用燃料流量制御弁６を通過した燃料は、それぞれ、そのあとに分岐された燃料配管を経て、それぞれ複数台の燃焼器ごとに設けられた燃料ノズルに送給されるように、燃料系統が構成されている。燃焼器の図示を１台としたように、燃料流量制御弁から複数台の各燃料ノズル及び燃焼器へと分岐される燃料配管についても、便宜上、燃料流量制御弁ごとに１本として図示されている。
【０００６】
拡散燃焼用燃料ノズル７から噴射される燃料は、空気中に燃料を噴射して燃やす拡散燃焼と呼ばれる方式の燃焼をする。予混合燃焼用燃料ノズル８から噴射される燃料は、予混合器において図示を省略した空気と予め良く混合しておき、燃料濃度が希薄な状態にして燃やす予混合燃焼と呼ばれる方式の燃焼をする。
【０００７】
この高温高圧の燃焼ガスは、ガスタービン９に送給されてガスタービン軸を回転させ、同軸に結合されている発電機１０より発電機出力を得る。ガスタービン９から排出された排ガスは、煙突から排出されるか、あるいは、コンバインドサイクル発電プラントの場合は、排熱回収ボイラの熱源として利用されたのち煙突に抜けていく。
【０００８】
ガスタービン制御装置１１は、軸端歯車１２に近接して取り付けられた速度検出器１３から得たガスタービン速度Ｎ、空気圧縮機２の入口空気案内翼１の入口空気案内翼角度ＰＩＧＶ、空気圧縮機２の吐出空気流路に設けられた吐出空気圧力検出器１４から得る吐出空気圧力ＰＣＤ、ガスタービン排ガス温度検出器１５から得る排ガス温度ＴＸ、発電機出力検出器１６から得る発電機出力ＭＷ、空気圧縮機２から取り入れる入口空気温度検出器１７及び入口空気圧力検出器１８から得る大気温度Ｔ及び大気圧力Ｐ等の各信号を入力している。
【０００９】
それら各信号に基づいて、ガスタービン制御装置１１は、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤ及び予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰを拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び予混合燃焼用燃料流量制御弁６に与えて燃料流量を調節する。
【００１０】
また、ガスタービン制御装置１１は、入口空気案内翼制御信号ＩＧＶＤを入口空気案内翼１に与えて、空気圧縮機２の入口空気流量を調節している。ガスタービンの起動では、まず、図示を省略した起動モータ及びトルクコンバータによりガスタービン軸に起動トルクが与えられてガスタービン９が回転する。残留燃料をパージしたのち、所定ガスタービン速度にて着火操作が行われる。この着火操作に入る時点から燃焼器４への燃料供給が開始される。
【００１１】
図２１にガスタービン装置のブロック図を示す。
【００１２】
図２１において、着火操作時及び着火以降におけるガスタービン昇速の間、燃料流量制御信号を与えるのが起動制御回路１９である。起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳは、起動制御回路１９により与えられ、着火操作時以降のガスタービン昇速の間、低値選択器２７において燃料流量制御信号ＦＳＲとして低値選択されている。燃料流量制御信号ＦＳＲは、乗算器３０にて、拡散予混合燃料分配比率関数発生器２９が与える拡散予混合燃料分配比率ＤＲと乗算され、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤとなる。この拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤが拡散燃焼用燃料流量制御弁５への開度指令となり、この拡散燃焼用燃料流量制御弁５を通過した燃料は拡散燃焼用燃料ノズル７より燃焼器４の器内に噴射され拡散燃焼が行われる。
【００１３】
ここで、起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳは、起動制御回路１９により図２２に図示されるように与えられる。
【００１４】
図２２において、着火操作を開始する時刻ｔ１にて着火開度制御信号が与えられると拡散燃焼用燃料流量制御弁５は着火開度に制御され、拡散燃焼用燃料ノズル７から燃焼器４の器内に噴射された燃料は、図示を省略した点火器により着火し、燃焼を開始する。時刻ｔ２にて、図示を省略した火炎検知器により着火検出されると、暖機開度制御信号まで開度を減少させて燃料流量を減らし、所定時間だけガスタービンを暖機する。時刻ｔ３にて暖機が完了すると、ただちに起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳを時間ｔの経過とともに所定上限値まで増加させてゆき、ガスタービンを定格速度に向けて速度上昇させる。
【００１５】
ここで、拡散燃焼用燃料流量制御弁５の１次側（入口側）燃料は、図示を省略した燃料圧力制御弁により、図２３で示されるように燃料圧力が制御されている。すなわち、ガスタービン速度が上昇するとともに１次側燃料圧力は上昇し、ガスタービン定格速度ＮＯ以上では所定燃料圧力に維持するように制御されている。
【００１６】
ところで、上述の拡散予混合燃料分配比率ＤＲは次のようにして得られる。燃焼器４の器内燃焼ガスの燃焼ガス温度ＴＦは、図２１に示すように、大気温度Ｔ、大気圧力Ｐ、空気圧縮機２の入口空気案内翼角度ＰＩＧＶ、排ガス温度ＴＸ及び空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ等から関数発生器２８により演算される。そして、この燃焼ガス温度ＴＦに基づいて、拡散予混合燃料分配比率関数発生器２９により、図２４で示すように拡散予混合燃料分配比率ＤＲが得られる。
【００１７】
図２４のように燃焼ガス温度ＴＦが低い域では拡散予混合燃料分配比率ＤＲの値は１としてあるので、ガスタービン昇速中は、起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳ，燃料流量制御信号ＦＳＲ及び拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤの値は等しい。
【００１８】
また、図２１に示すように燃料流量制御信号ＦＳＲから、減算器３１にて拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤを減算して得られた予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰが、予混合燃焼用燃料流量制御弁６の開度指令となる。このように、拡散予混合燃料分配比率ＤＲは、燃料流量制御信号ＦＳＲを拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰとに分配するための分配比率を与えるものである。
【００１９】
燃焼器４には、拡散燃焼用燃料流量制御弁５と予混合燃焼用燃料流量制御弁６を介して、この分配比率で燃料が送給される。従って、拡散予混合燃料分配比率ＤＲの値が１の間は、燃料流量制御信号ＦＳＲが表す燃料総量が、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤにより、拡散燃焼用燃料流量制御弁５を通過して燃焼器４に供給され、予混合燃焼用燃料流量制御弁６は全閉の状態にある。
【００２０】
一方、燃焼器４に空気圧縮機２より送給される燃焼用空気の流量調節は、入口空気案内翼１により行われている。図示を省略した入口空気案内翼制御回路は、ガスタービン速度の上昇に応じて入口空気案内翼制御信号ＩＧＶＤを増加させることにより、燃焼用空気流量を増加させていく。このようにして、燃料と空気流量が増加するに従い、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ及び燃焼器器内圧力も上昇してゆき、ガスタービン速度Ｎが上昇し、やがてガスタービン定格速度近くに達する。
【００２１】
図２１における速度負荷設定器２２には、ガスタービン昇速中はガスタービン定格速度制御のための初期値が設定されている。ガスタービン速度Ｎが上昇するに従い、減算器２３で得られる、速度負荷設定ＮＲとガスタービン速度Ｎの制御偏差ＮＥが小さくなっていく。この制御偏差ＮＥが比例制御器２４に通して得られる信号は、バイアス設定器２５の与える所定バイアス信号と加算器２６で加算されて、速度負荷制御信号ＦＳＲＮとなる。この速度負荷制御信号ＦＳＲＮは、ガスタービン定格速度近くで起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳより小さくなるので、低値選択器２７により選択される燃料流量制御信号ＦＳＲは、起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳから速度負荷制御信号ＦＳＲＮに切り替わる。こうしてガスタービン速度Ｎは速度負荷制御信号ＦＳＲＮにより定格速度に制御される。
【００２２】
すみやかに発電機１０は電力系統に併入され、以降ガスタービン速度Ｎは系統周波数に同期するようになる。
【００２３】
次に、負荷（発電機出力）指令ＭＷＤが外部の装置の増加操作により増加していくと、減算器２０の与える負荷指令ＭＷＤと負荷（発電機出力）ＭＷの偏差が正の極性となり、上下限制限器２１を介して速度負荷設定器２２に、この正の偏差信号が与えられる。速度負荷設定器２２は積分器として動作するので、この正の入力信号に応じて速度負荷設定ＮＲが上昇する。
【００２４】
ガスタービン速度Ｎは系統周波数に等しいので、速度負荷設定ＮＲの上昇に従い、速度負荷制御信号ＦＳＲＮ及び燃料流量制御信号ＦＳＲが増加し、燃焼器４に送給される燃料流量が増加する。燃料流量が増加すると、ガスタービン排ガス温度ＴＸが上昇する。排ガス温度ＴＸが上昇すると、入口空気案内翼制御信号ＩＧＶＤは入口空気案内翼角度ＰＩＧＶを更に開いていく方向に制御して、空気流量を増加させる。このようにして、燃料流量、空気流量が増加すると、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ、燃焼器器内圧力、燃焼ガス温度ＴＦ、負荷ＭＷが増加する。
【００２５】
負荷指令ＭＷＤの増加に応じて負荷ＭＷ、燃焼ガス温度ＴＦが増加していくに従い、図２４で示したように、拡散予混合燃料分配比率ＤＲの値を１から低下していくようにしている。すなわち、図２５に示すように低負荷から中間負荷域に移るに従い、拡散燃焼用燃料流量の比率を低下してゆき、予混合燃焼用燃料流量の比率を増加させていくようにしている。
【００２６】
燃焼器４は、窒素酸化物（ＮＯｘ）排出の低減に有利なことで最近多用されている乾式低ＮＯｘ型燃焼器で、拡散燃焼の燃焼状態は安定であるが火炎温度が高いのでＮＯｘが発生しやすいのに対し、予混合燃焼は火炎温度をより低く保てるのでＮＯｘの発生を抑制できるが燃料濃度が希薄なので燃えにくいという特徴がある。そのため、低負荷域から高負荷域にわたって、それぞれの燃焼方式の特長を生かせるように、燃焼器４に供給する燃料を拡散燃焼用と予混合燃焼用に分配し、燃焼状態の安定性を確保しながらＮＯｘ排出量が少なくなるよう、燃料分配スケジュールが計画される。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガスタービン装置では、ＮＯｘ低減を極限まで進めようとすると、高負荷の通常運転域では必然的に拡散燃料流量を減らさねばならず、その結果として燃料ノズルの圧力比が低下する傾向にあり、火炎喪失、燃焼振動等の燃焼状態の異常が発生するおそれがある。
【００２８】
さらに、最近では、また、ガスタービン入口ガス温度がより高温化し、ガスタービン容量もより大きくなってきている。つまり、燃料流量、空気流量、燃焼器器内圧力等の各量も増加傾向にある。そのため、燃料流量制御弁、燃料ノズルのサイズ等の選定が難しくなってきている。たとえば、燃料流量の増大に応じるためには、一般に燃料流量制御弁、燃料ノズルのサイズを大きくしなければならない。
【００２９】
一方、高負荷の通常運転域では、極力拡散燃焼の燃料流量を減らし、予混合燃焼の燃料流量の比率を高めながら、従来並みの水準以下にＮＯｘ排出量を抑制すると共に、かつ、少ない比率の燃料流量で拡散燃焼を安定に行わせて、拡散燃焼が安定な火種を与えるようにしなければならないという課題が残る。すなわち、拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び燃料ノズルのサイズを大きくすると、低負荷域ではよいが、燃料流量の少ない高負荷域では、燃料ノズル圧力比が不足するので、ガス流速が不足し、燃焼が不安定となり、火炎喪失や燃焼振動等の燃焼異常が発生するという問題がある。
【００３０】
また、拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び燃料ノズルのサイズを小さくすると、中高負荷域のある域においては、燃料ノズルの燃料入口側すなわち、拡散燃焼用燃料流量制御弁５の２次側燃料圧力が高くなるので拡散燃焼用燃料流量制御弁５の前後の燃料圧力差圧が充分確保できなくなり、燃料流量制御ができなくなるのみならず、低負荷域までに必要とする拡散燃焼用燃料流量を流せないという問題がある。
【００３１】
そこで、本発明は、ガスタービン発電プラントにおける燃焼器、特に予混合方式の乾式低ＮＯｘ型燃焼器の燃焼状態を安定化するとともに、燃料流量制御特性の良好な燃料流量制御を行うことのできるガスタービン装置を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、空気圧縮機から吐出空気と燃料配管を経て供給される燃料とを混合燃焼する燃焼器と、前記燃焼器にて燃焼された燃焼ガスにて回転駆動されるガスタービンとを備えるガスタービン装置において、前記燃焼器への予混合燃焼用燃料ノズルに予混合燃焼用燃料を予混合燃焼用流量制御弁にて流量調整して供給する予混合燃焼用配管と、
前記燃焼器への第一系統の拡散燃焼用燃料ノズルおよび前記第一系統の拡散燃焼用ノズルの口径よりも小さい口径の拡散燃焼用燃料ノズルに拡散燃焼用燃料を第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁にて流量調整して供給する第一および第二系統の拡散燃焼用配管と、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が高負荷域から低負荷域に降下していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以下に達したときには、高負荷城で前記燃焼器へ供給していた第二系統の拡散燃焼用燃料に加えて、第一系統の拡散燃焼用燃料の供給を開始するために所定の拡散燃料分配比率で拡散燃焼用燃料を供給するよう前記第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁を調整制御する第一の制御手段と、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記予混合燃焼用流量制御弁を調整制御し予混合燃焼用燃料を増加するとともに、所定の拡散予混合分配比率に従い当該予混合燃焼用燃料の流量増加に応じ拡散燃焼用燃料を減少修正するよう前記第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁を調整制御する第二の制御手段とを具備し、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以上に達したときには、第一系統の拡散燃焼用燃料流量を減少させることにより第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力を高め、高負荷域における拡散燃焼は第二系統の拡散燃焼用燃料のみによるようにしたことを特徴とする。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第一の制御手段および第二の制御手段は、第一および第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの各燃料ノズル圧力比が略等し〈なるよう前記拡散燃料分配比率を操作するものである。
【００３４】
請求項３の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第一系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が所定圧力比設定値以下となったとき、第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力下限値を下回らないように、前記拡散燃料分配比率を修正するようにして第一系統の拡散燃焼用流量制御弁の開度を減少操作する燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３５】
請求項４の発明は、請求項１または３記載のガスタービン装置において、第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が圧力上限値を上回らないように、前記拡散燃料分配比率を修正するようにして第一系統の拡散燃焼用流量制御弁の開度を増加操作する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以上に達したときには、第二の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が所定の圧力比設定値となるように前記拡散燃料分配比率を操作することにより第一系統および第二系統の拡散燃焼用燃料による拡散燃焼から第二系統の拡散燃焼用燃料のみによる拡散燃焼に移す燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３７】
請求項６の発明は、請求項１または５記載のガスタービン装置において、第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が圧力上限値を上回らないように、第二の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力設定値となるように前記拡散燃料分配比率を操作する制御手段とを設けるようにしたものである。
【００３８】
請求項７の発明は、請求項５記載のガスタービン装置において、前記所定の圧力比設定値は、燃焼ガス温度に従い可変することを特徴とする。
【００３９】
請求項８の発明は、請求項６記載のガスタービン装置において、前記所定の圧力設定値は、燃焼ガス温度に従い可変することを特徴とする。
【００４０】
請求項９の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力上限値以上となったとき、第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力上限値を上回らないように、第二の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力設定値となるように前記拡散予混合分配比率を修正するようるこして前記予混合燃焼用流量制御弁の開度を増加操作する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００４１】
請求項１０の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力比設定値以下となったとき、第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力比下限値を下回らないように、前記拡散手混合分配比率を修正するようにして前記予混合燃焼用流量制御弁の開度を減少操作する燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４３】
図１は本発明の実施の形態を示すガスタービン装置の全体系統図であり、従来技術を示す図２０と同一部分、相当部分には同一符号を付してある。図１においては、図２０に対して、第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２及び第二系統拡散燃焼用燃料ノズル３３とを備える燃料配管を設け、分配された燃料を燃焼器４に送給し、燃焼器器内で拡散燃焼が行われるようにしていると共に、第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２と第二系統拡散燃焼用燃料ノズル３３の間の燃料配管の燃料圧力を検出するための燃料圧力検出器３４を設け、その燃料圧力信号ＰＨをガスタービン装置３５に入力するようにしている。
【００４４】
なお、拡散燃料系統を２系統設けるようにしたので、便宜上、拡散燃焼用燃料流量制御弁５と拡散燃焼用燃料ノズル７及びその燃料配管から成る燃料系統を第一の系統と名づけ、第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２と第二系統拡散燃焼用燃料ノズル３３及びその燃料配管から成る燃料系統を第二系統と名づけることにする。また、これら第一系統拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２に対し開度指令を与える燃料流量制御信号の信号名称を、それぞれＦＳＲＤＬ及びＦＳＲＤＨとする。
【００４５】
図２は本発明の第１実施の形態によるガスタービン制御装置３５の構成例を示すブロック図である。
【００４６】
図２において、関数発生器３６により燃焼ガス温度ＴＮに応じて、図３で示される拡散予混合燃料分配比率ＤＲが得られる。図３に示すようにガスタービン起動時及び昇速中のような燃焼ガス温度ＴＦが低い域では拡散予混合燃料分配比率ＤＲは１としており、燃料流量制御信号ＦＳＲ及び拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤは同じ値となる。即ち、ガスタービン起動時及び上昇中（初期段階）は拡散燃焼用燃料による燃焼となる。ガスタービン起動及び昇速中においては、燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定器４６で設定された圧力比ＶＲＡよりも大きいため比較器４５（ＮＰＲがＶＲＡより小さいとき出力を成立する。）の出力、すなわち、フリップフロップ４９のセット側入力はＯＦＦ状態である。このとき、フリップフロップ４９の出力ＦＦは初期値としてＯＦＦとなっている。
【００４７】
比率設定器３９及び比率設定器４０には拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤに基づく第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬの拡散燃料分配比率ＲＡ，ＲＢが設定されている。フリップフロップ出力ＦＦがＯＦＦの状態では信号切換器４１にて比率設定器４０の信号ＲＢが選択され、変化率制限器４２を介して乗算器４３により拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと乗算され第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが算出される。さらに、減算器４４にて拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤから第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを減算することにより第二系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＨが求められる。これにより、ガスタービン起動及び昇速中は第一系統拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＬ）５及び第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２が開し、次の所定拡散燃料分配比率で燃料が供給される。
【００４８】
第一系統燃料流量：第二系統燃料流量＝ＲＢ：１−ＲＢ
【００４９】
ここでは、分配比率設定ＲＢとして、第一系統の燃料ノズルと第一系統の燃料ノズルよりも小さい口径の第二系統燃料ノズルとの口径比に基づき、第一系統と第二系統の燃料ノズル圧力比が等しくなるような値が選ばれており、その結果、燃焼器器内ガス流速を等しくなるようにして燃焼の安定化を図っている。ガスタービン起動時及び昇速中は空気圧縮機吐出空気圧力が低いので、流速をそろえつつ、充分な流速を与えるようにしている。燃料ノズル圧力比は次式で得られる。
【００５０】
圧力比＝Ｐ１／Ｐ２
Ｐ１＝燃料流量制御弁２次側燃料圧力＋大気圧力
Ｐ２＝空気圧縮機吐出空気圧力×Ｋ＋大気圧力
Ｋ：係数
【００５１】
発電機が電力系統に並入され、負荷上昇が行われ燃焼ガス温度ＴＦが上昇すると、ＮＯｘの発生を抑制するために、拡散予混合燃料分配比率ＤＲを減少させて、予混合燃焼系統に供給する燃料流量を徐々に増やし始め、拡散燃焼系統に供給する燃料流量を少なくしていく。その結果、次第に拡散系統燃料ノズル圧力比ＮＰＲが小さくなってくる。
【００５２】
このような場合、燃焼器４は２系統の燃料ノズル圧力比が所定圧力比以下に低下すると、火炎喪失、燃焼振動等の燃焼異常が発生する。そのため、拡散燃焼用燃料系統は燃料流量制御弁ＧＣＶＬを所定レートで全閉とし、燃料流量制御弁ＧＣＶＬに流れていた燃料を燃料流量制御弁ＧＣＶＨ側に移していくことにより、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの系統の燃料ノズル圧力比を所定値以上に維持するようにしている。
【００５３】
すなわち、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが所定圧力比ＶＲＡ以下に達すると比較器４５の出力をＯＮしフリツプフロツプ４９の出力ＦＦがＯＮする。すると、信号切換器４１が比率設定器３９側に切替わり比率設定全閉信号ＲＡが選択され、第一系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬは所定レートで減少して零となり燃料流量制御弁ＧＣＶＬは全閉となり、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤは第二系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＨと等しくなる。拡散燃焼用燃料は第二系統燃料流量制御弁ＧＣＶＨだけを通過し、これ以降の負荷上昇、燃焼ガス温度上昇に伴う拡散燃料流量の減少に対しても、燃料ノズル圧力比が所定値ＶＲＡ以上に維持されるので、火炎喪失、燃焼振動等の燃焼異常の無い、安定した燃焼を行うことができる。
【００５４】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図４に示す。第一系統拡散燃焼用燃料流量比率ＦＬ，第二系統拡散燃焼用燃料流量比率ＦＨ，予混合燃焼用燃料流量比率ＦＭは、次の関係になっている。
【００５５】
ＦＬ＝ＦＳＲＤＬ／ＦＳＲ
ＦＨ＝ＦＳＲＤＨ／ＦＳＲ
ＦＭ＝ＦＳＲＰ／ＦＳＲ
ＦＬ＋ＦＨ＋ＦＭ＝１．０
【００５６】
一方、負荷降下時、燃焼ガス温度ＴＦが下降するに従い拡散燃料の分配比率が増加すると、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２の二次側燃料圧力ＰＨが高くなる。つまり、発電機が電力系統に併入されていてガスタービン速度は系統周波数に等しいので、その間、燃料流量制御弁１次側燃料圧力は一定値に圧力制御されている。従って、燃料圧力ＰＨが所定圧力以上になると第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁の前後の燃料圧力の差圧が小さくなり、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁の燃料流量制御性が極端に悪化する。
【００５７】
そのため、二次側燃料圧力ＰＨが圧力設定器４８の所定圧力設定ＰＡを越えると、比較器４７が所定圧力以上を検出し、フリップフロップ４９のリセット側入力をＯＮし、フリップフロップ４９の出力ＦＦをＯＦＦする。信号ＦＦがＯＦＦすると、信号切換器４１が比率設定器４０側に切替り比率設定信号ＲＢが選択され、第一系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが変化率制限器４２で設定されたレートで、比率設定信号ＲＢから決まる所定開度まで開く。このようにして、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２の２次側燃料圧力を所定値ＰＡ以下に抑制することができるので、充分な燃料流量制御弁の前後差圧を確保でき制御特性の良好な燃料流量制御を行うことができる。
【００５８】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動（燃焼ガス温度が低下する方向の挙動）を図７に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは前記図４で表したものと同じである。
【００５９】
この実施形態は、燃焼器の特性上、高負荷域で第一系統拡散燃焼用燃料流量制御弁を全閉させておきたい場合に特に有効である。
【００６０】
図５は、第２実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００６１】
第２実施の形態は、所定の燃料圧力比設定器５０によって設定された所定の燃料圧力比設定信号ＶＲＢと第二の拡散燃焼用燃料系統の燃料ノズル圧力比ＮＰＲとを減算器５１で減算して得た燃料圧力比偏差を比例積分制御器５２に通して燃料ノズル圧力比制御信号を算出する。この燃料ノズル圧力比制御信号と比率設定器５３で設定された拡散燃料分配比率設定値ＲＢのうち低い方の値を低値選択器５４にて選択し、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ１として出力する。拡散燃焼用燃料流量指令信号ＦＳＲＤと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ１を乗算器４３に入力し、第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを得るように構成している。
【００６２】
まず、負荷及び燃焼ガス温度が上昇していくに従って、ＮＯｘ排出量を抑制するために、図３で示すように、拡散燃焼用燃料流量が減少され予混合燃焼用燃料流量が増加されてゆく。これに伴い、拡散燃焼用燃料流量が減少し、拡散燃焼用燃料系統の燃料ノズル圧力比が減少する。
【００６３】
この場合に、燃焼器４は拡散燃焼用の燃料ノズル圧力比が所定値以下に低下すると燃焼状態が不安定になり、火炎喪失や燃焼振動等の燃焼異常が発生する。それを回避するために、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが、その所定値ＶＲＢまで低下してくると、燃料ノズル圧力比制御信号が減少し、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ１は初期の分配比率設定値ＲＢから減少する。その結果、第一系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが減少し、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＨが増加し、第二系統に燃料流量が増加した分に相当する量だけ燃料ノズル圧力比ＮＰＲが増加する。このようにして、第二系統の燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定ＶＲＢ（１−ＶＲＢ）に制御される。
【００６４】
このように第２実施の形態によれば、拡散燃料が低下しても燃料ノズル圧力比は所定値以上に維持されるので安定な火炎を保ち、それを火種として安定な燃焼を行わせることができる。また、燃料圧力も所定値に対して充分な余裕を確保できるので制御特性の良好な燃料流量制御を行うことができる。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図６に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００６５】
この第２実施の形態は、第１実施の形態で見られたピーク（図６の点線で図示のピーク）を抑えることができるので、燃焼器の特性上、燃料圧力設定と燃料ノズル圧力比設定の間に挟まれた運転帯域が狭い燃焼器に対しては特に有効である。
【００６６】
図８は、第３実施の形態（第２実施の形態の負荷、燃焼ガス温度の減少に着目）を示すガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００６７】
第３実施の形態は、燃料圧力設定器５５で設定された所定の燃料圧力設定ＰＢと第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２の２次側燃料圧力ＰＨを減算器５６にて減算して得た燃料圧力偏差を比例積分制御器５７に通して燃料圧力制御信号を算出する。比率設定器５８及び比率設定器５９で設定された比率設定ＲＡ及び比率設定ＲＢと燃料圧力制御信号との中間値を、中間値選択器６０にて選択し拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２として出力する。拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２を乗算器４３に入力し、第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを得るように構成している。
【００６８】
図８において、はじめ、高負荷では拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２として、比率設定ＲＡが選択されている。図９では比率設定ＲＡは零、すなわち、第二系統の燃料流量制御弁（ＧＣＶＬ）５を全閉を指令する設定として図示されている。従って、このとき拡散燃焼用燃料流量は全量、第二系統の燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２を流れている。
【００６９】
負荷及び燃料ガス温度ＴＦが減少するに従い、拡散燃料流量が増加すると、燃料圧力ＰＨが上昇する。燃料圧力ＰＨが圧力設定ＰＢを越えると第二系統の燃料圧力信号は増加を始め、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２及び燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが増加し始める。
【００７０】
すなわち、第一系統の燃料流量制御弁ＧＣＶＬが開き始め、第二系統の燃料流量制御弁ＧＣＶＨを流れていた燃料流量が減少する。その減少した燃料流量に相当する圧力だけ燃料圧力ＰＨが低下する。このようにして、燃料圧力ＰＨは燃料圧力設定ＰＢに制御される。そして更に負荷及び燃焼ガス温度ＴＦが降下すると、拡散燃料の比率が増加するので燃料圧力ＰＨが上昇しようとし、燃料圧力制御信号は増加する。
【００７１】
こうして燃料圧力制御信号が比率設定ＲＢを越えると、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２として比率設定ＲＢが選択されるようになる。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動を図９に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００７２】
このように第３実施の形態によれば、高負荷からの負荷降下中に、拡散燃料流量が増加しても燃料圧力ＰＨを、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの制御特性が悪化する圧力上限値を越えないようにすることができる。従って、燃料流量制御弁前後差圧を充分確保でき、良好な制御特性の燃料流量制御を行わせることができる。また、燃料ノズル圧力比も充分高い圧力比に保てるので安定な燃焼を図ることができる。
【００７３】
この第３実施の形態は、第１実施の形態で見られたピーク（図９の点線で図示のピーク）を抑えることができるので、燃焼器の特性上、燃料圧力上限値と燃料ノズル圧力比下限値の間に挟まれた運転帯域が狭い燃焼器に対しては特に有効である。
【００７４】
図１０は本発明の第４実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００７５】
第４実施の形態は、関数発生器６１により燃焼ガス温度ＴＦに応じて図１１で示すように燃料ノズル圧力比設定ＶＲＣが得られる。減算器５１では燃料ノズル圧力比設定ＶＲＣと燃料ノズル圧力比ＮＰＲとを減算して得られる燃料ノズル圧力比偏差を比例積分制御器５２に通して圧力比制御信号を算出する。そして、圧力比制御信号と比率設定器５３で設定された比率設定値ＲＢのうち低い方の値を低値選択器５４にて選択し拡散燃料分配比率修正信号Ｓ３として出力する。拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ３を乗算器４３に入力し、第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを得るように構成されている。
【００７６】
第４実施の形態における作用は、第２実施の形態における作用に同等であるが、燃料ノズル圧力比設定を燃焼ガス温度に基づいて与えるようにしている点が相違する。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図１２に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００７７】
このように第４実施の形態によれば、各燃焼ガス温度に対する燃焼器の燃焼特性に応じて、適切な所定燃料ノズル圧力比設定を与えることができるので、燃料流量制御弁の２次側の燃料圧力を所定値以下に抑制しつつ、燃料ノズル圧力比を適切に制御することができる。その結果、良好な制御特性の燃料流量制御を図りつつ、安定な燃焼を確保することができる。この第４実施の形態は、燃焼ガス温度の違いで燃焼特性が大きく変わる燃焼器には、特性にあわせて図１１の形状を選ぶことができるので特に有効である。
【００７８】
図１３は第５実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００７９】
第５実施の形態は、関数発生器６２により燃焼器４の器内燃焼ガスの燃焼ガス温度ＴＦに応じて図１４で示される燃料圧力設定値ＰＣが得られるように構成されている。第５実施の形態における作用は、第３実施の形態における作用に同等であるが、燃料圧力設定値を燃焼ガス温度に基づいて与えることができるようにしている点に特徴を有している。
【００８０】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動を図１５に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００８１】
このように第５実施の形態によれば、各燃焼ガス温度に対する燃焼器の燃焼特性に応じて、適切な燃料ノズル圧力設定を与えることができるので、燃料ノズル圧力比を所定値以上に保ちつつ、燃料圧力を適切に制御することができる。その結果、良好な制御特性の燃料流量制御を図りつつ、安定な燃焼を確保することができる。
【００８２】
この第５実施の形態は、燃焼ガス温度の違いで燃焼特性が大きく変わる燃焼器には、特性にあわせて図１４に示す関数を選ぶことができるので特に有効である。
【００８３】
図１６は、第６実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００８４】
図１６において、第６実施の形態は圧力設定器６３で設定された所定の燃料圧力設定と燃料流量制御弁ＧＣＶＨの２次側燃料圧力ＰＨを減算器６４にて減算して圧力偏差を算出し、その圧力偏差を比例積分制御器６５に通して圧力制御信号を算出する。圧力制御信号と係数器６６で設定された所定設定値のうち低い方の値を低値選択器６７にて選択し拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ５として出力する。乗算器３７にて出力された修正前の拡散燃料流量指令ＦＳＲＤＸと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ５を乗算器６８に入力し新たな拡散燃料流量制御信号ＦＳＲＤを得るように構成している。
【００８５】
第１実施の形態では、負荷及び燃焼ガス温度が上昇する過程において、燃料ノズル圧力比が所定圧力比を下まわった時点から燃料流量制御弁ＧＣＶＬの開度を減少させるようにし、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが全閉に達した時点の燃料圧力ＰＨは圧力設定ＰＡを越えないような燃料系統及び燃焼器に対して適用するものとした。第６実施の形態態では、上述のように作用して燃料流量制御弁ＧＣＶＬが全閉に達する手前で燃料圧力ＰＨが圧力設定ＰＡを越えるような燃料系統及び燃焼器に対して適用される。
【００８６】
図１６において、燃料圧力ＰＨが燃料圧力設定器６３の圧力設定値を上まわると、比例積分制御器６５の出力信号すなわち、圧力制御信号が減少し、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ５が係数器６６の値１から減少する。その結果、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤが減少し、予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰが増加するように動作する。そして、拡散燃焼用燃料流量が減少した分に相当する燃料圧力だけ燃料圧力ＰＨが低下し、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが全閉に達しても、燃料圧力ＰＨは圧力設定器６３の圧力設定値に制御される。
【００８７】
そして、更に負荷及び燃焼ガス温度が上昇すると、拡散燃料流量が減少し、燃料圧力ＰＨが減少するので、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ５の値は、やがて１に復帰する。
【００８８】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動を図１７に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００８９】
このように第６実施の形態によれば、関数発生器６１で与えられた拡散予混合燃料分配比率を修正することにより、負荷上昇中に燃料ノズル圧力比が下がり燃料流量制御弁ＧＣＶＬが閉まった時に、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの２次側燃料圧力ＰＨが、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの流量制御特性の悪化する圧力上限値を越えないようにすることができ、良好な制御特性で燃料流量制御を行うことができる。また燃料ノズル圧力比を所定値以上に維持できるので、安定した燃焼を図ることができる。
【００９０】
図１８は、第７実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００９１】
第７実施の形態は、燃料ノズル圧力比設定器６９で設定された所定の燃料ノズル圧力比設定と燃料ノズル圧力比ＮＰＲを減算器７０にて減算し圧力比偏差を算出し、その圧力比偏差を比例積分制御器７１に通して圧力比制御信号を算出する。圧力比制御信号と係数器７２で設定された所定設定値のうち高い方の値を高値選択器７３にて選択し拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６として出力する。
【００９２】
乗算器３７にて出力された修正前の拡散燃料流量指令ＦＳＲＤＸと拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６を乗算器６８に入力し新たな拡散燃料流量制御信号ＦＳＲＤを得るように構成している。
【００９３】
第１実施の形態では、負荷及び燃焼ガス温度が降下する過程において、燃料圧力ＰＨが所定圧力設定を上まわった時点から燃料流量制御弁ＧＣＶＬの開度を増加させるようにし、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが所定拡散燃料分配比率設定ＲＢから決まる開度に達した時点の燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定ＶＲＡを下まわらないような燃料系統及び燃焼器に対して適用するものとした。
【００９４】
第７実施の形態では、上述のように作用して燃料流量制御弁ＧＣＶＬが所定拡散燃料分配比率設定ＲＢから決まる開度に達する手前で燃料ノズル圧力比ＮＰＲが圧力比設定ＶＲＡを下まわるような燃料系統及び燃焼器に対して適用される。
【００９５】
図１８において、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが圧力比設定器６９の圧力設定値を下まわると、比例積分制御器７１の出力信号、すなわち、圧力比例御信号が増加し、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６が係数器７２の値１から増加する。その結果、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤが増加し、予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰが減少するように動作する。そして、拡散燃焼用燃料流量が増加した分に相当する燃料ノズル圧力比だけ燃料ノズル圧力比ＮＰＲが増加し、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが所定拡散燃料分配比率設定ＲＢから決まる開度に達しても、燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定器６９の圧力比設定値に制御される。
【００９６】
そして、更に負荷及び燃焼ガス温度が降下すると、拡散燃料流量が増加し、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが増加するので、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６の値は、やがて１に復帰する。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図１９に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００９７】
このように第７実施の形態によれば、図１８における関数発生器３６で与えられた拡散予混合燃料分配比率を修正することにより、負荷降下中に燃料圧力が上昇し燃料流量制御弁ＣＣＶＬが所定拡散燃料比率設定ＲＢから決まる開度まで開いた時に、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの２次側燃料ノズル圧力比ＮＰＲが、燃焼異常を起こす圧力比下限値以下に低下しないようにすることができるので、安定した燃焼を行わせることができる。また、燃料流量制御弁前後の燃料圧力の差圧も充分確保できているので、良好な制御特性の燃料流量制御が可能である。
【００９８】
なお、本発明の以上の実施の形態では予混合系統は、１系統として説明したが、複数の系統を備えていても、同様に適用できる。また、燃焼ガス温度として、制御上の理由から、本来の燃焼ガス温度を若干量修正した値を制御の指標として採用する場合があるが、このような燃焼ガス温度相当値に対しても適用することができる。
【００９９】
このように、本発明によれば、高負荷域では拡散燃料流量が少なくて予混合燃料流量が多く、低負荷域では従来以上に拡散燃料流量が多い大容量の高温ガスタービン発電プラントにおいて、低ＮＯｘ化の要求に応じながら、拡散燃焼系統の燃料ノズル圧力比を、燃焼異常を起こす所定圧力比以上に制御するようにしたので、拡散燃焼の安定した火炎を保ち、その火炎を火種として燃焼状態を安定にすることができる。また、燃料流量制御弁前後の燃料圧力の差圧を充分に確保するように制御するので、良好な制御特性の燃料流量制御が可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したよう本発明によれば、低ＮＯｘ化の要求に応じながら、拡散燃焼系統の燃料ノズル圧力比を、燃焼異常を起こす所定圧力比以上に制御するようにしたので、拡散燃焼の安定した火炎を保ち、その火炎を火種として燃焼状態を安定にすることができる。また、燃料流量制御弁前後の燃料圧力の差圧を充分に確保するように制御するので、良好な制御特性の燃料流量制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるガスタービン装置の１全体例を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施の形態を示すガスタービン装置の構成図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に関する拡散予混合燃料分配比率を示す関係図である。
【図４】本発明の第１実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図５】本発明の第２実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図７】本発明の第１実施の形態を示す燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図８】本発明の第３実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図９】本発明の第３実施の形態を関する燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図１０】本発明の第４実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１１】本発明の第４実施の形態を関する燃料ノズル圧力比設定の特性を示す関係図である。
【図１２】本発明の第４実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図１３】本発明の第５実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１４】本発明の第５実施の形態を関する燃料圧力設定の特性を示す関係図である。
【図１５】本発明の第５実施の形態に関する燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図１６】本発明の第６実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１７】本発明の第６実施の形態に関する燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図１８】本発明の第７実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１９】本発明の第７実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図２０】従来のガスタービン装置を示す系統図である。
【図２１】従来のガスタービン装置におけるブロック図である。
【図２２】従来のガスタービン装置における起動時燃料流量制御信号を示す関係図である。
【図２３】従来のガスタービン装置における燃料流量制御弁の１次側燃料圧力とガスタービン速度に関する関係図である。
【図２４】従来のガスタービン装置における拡散予混合燃料分配比率と燃焼ガス温度に関する関係図である。
【図２５】従来のガスタービン装置における各燃料流量制御信号の関係を示す図である。
【符号の説明】
２空気圧縮機
４燃焼器
５拡散燃焼用燃料流量制御弁
６予混合燃焼用燃料流量制御弁
７拡散燃焼用燃料ノズル
８予混合燃焼用燃料ノズル
９ガスタービン
１０発電機
３２第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁
３３第二系統拡徴燃焼用燃料ノズル
３４燃料圧力検出器
３５ガスタービン制御装置
３６，６１関数発生器
３９，４０比率設定器
４１信号切換器
４２変化率制限器
４３，６８乗算器
４４，５１，６４，７０減算器
４５，４７比較器
４６圧力比設定器
４８圧力設定器
４９フリップフロップ
５０燃料圧力比設定器
５２，６５，７１比例積分制御器
５３，５８比率設定器
５４，６７低値選択器
５５，６３燃料圧力設定器
６０中間値選択器
６６，７２係数器
６９燃料ノズル圧力比設定器
７３高値選択器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine device of a gas turbine power plant, and more particularly to a gas turbine device capable of performing suitable fuel flow rate control while achieving stable combustion in a combustor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional gas turbine apparatus.
[0003]
In FIG. 20, the air taken in via the inlet air guide vane 1 is compressed into high-pressure air by the air compressor 2. The compressed discharge air passes through the air flow path 3 and enters the combustor 4 to be used as fuel combustion air. A plurality of combustors 4 are provided in a ring shape around the gas turbine, but only one of them is shown here for convenience.
[0004]
On the other hand, the fuel whose pressure is controlled by the fuel pressure control valve (not shown) passes through the respective fuel pipes via the diffusion combustion fuel flow control valve 5 and the premixed combustion fuel flow control valve 6 downstream of the fuel. The premixed combustion fuel nozzle 8 including the diffusion combustion fuel nozzle 7 and the premixer is supplied to the combustor 4 and burned in the combustor 4 to become a high-temperature high-pressure gas.
[0005]
Since a plurality of combustors 4 are provided as described above, the fuel that has passed through the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 and the premixed combustion fuel flow rate control valve 6 is branched thereafter. The fuel system is configured so as to be fed to the fuel nozzles provided for each of the plurality of combustors through the fuel pipe. For convenience, the fuel pipe branching from the fuel flow control valve to each of the plurality of fuel nozzles and the combustor is illustrated as one for each fuel flow control valve, as in the case of a single combustor. Yes.
[0006]
The fuel injected from the diffusion combustion fuel nozzle 7 is burned by a method called diffusion combustion in which fuel is injected into the air and burned. The fuel injected from the premixed combustion fuel nozzle 8 is premixed with air (not shown) in the premixer in advance and burns in a system called premixed combustion in which the fuel concentration is diluted and burned. .
[0007]
This high-temperature and high-pressure combustion gas is supplied to the gas turbine 9 to rotate the gas turbine shaft, and a generator output is obtained from the generator 10 connected coaxially. The exhaust gas discharged from the gas turbine 9 is discharged from the chimney or, in the case of a combined cycle power plant, is used as a heat source for the exhaust heat recovery boiler and then escapes to the chimney.
[0008]
The gas turbine control device 11 includes a gas turbine speed N obtained from a speed detector 13 mounted close to the shaft end gear 12, an inlet air guide vane angle PIGV of the inlet air guide vane 1 of the air compressor 2, and an air compression. The discharge air pressure PCD obtained from the discharge air pressure detector 14 provided in the discharge air flow path of the machine 2, the exhaust gas temperature TX obtained from the gas turbine exhaust gas temperature detector 15, the generator output MW obtained from the generator output detector 16, Each signal such as the atmospheric temperature T and the atmospheric pressure P obtained from the inlet air temperature detector 17 and the inlet air pressure detector 18 taken in from the air compressor 2 is input.
[0009]
Based on these signals, the gas turbine control device 11 converts the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD and the premixed combustion fuel flow rate control signal FSRP into the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 and the premixed combustion fuel flow rate control valve. 6 to adjust the fuel flow rate.
[0010]
Further, the gas turbine control device 11 adjusts the inlet air flow rate of the air compressor 2 by supplying the inlet air guide blade control signal IGVD to the inlet air guide blade 1. In starting the gas turbine, first, a starting torque is given to the gas turbine shaft by a starting motor and a torque converter (not shown), and the gas turbine 9 rotates. After purging the residual fuel, the ignition operation is performed at a predetermined gas turbine speed. Fuel supply to the combustor 4 is started from the time when the ignition operation is started.
[0011]
FIG. 21 shows a block diagram of the gas turbine apparatus.
[0012]
In FIG. 21, the start control circuit 19 gives a fuel flow rate control signal during gas turbine acceleration during ignition operation and after ignition. The startup fuel flow rate control signal FSRS is given by the startup control circuit 19, and the low value selector 27 selects the low value as the fuel flow rate control signal FSR during the gas turbine acceleration after the ignition operation. The fuel flow rate control signal FSR is multiplied by the diffusion premixed fuel distribution ratio function generator 29 provided by the diffusion premixed fuel distribution ratio function generator 29 in the multiplier 30 to become a diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD. The diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD becomes an opening degree command to the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5, and the fuel that has passed through the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 is sent from the diffusion combustion fuel nozzle 7 to the combustor 4. It is injected into the vessel and diffusion combustion is performed.
[0013]
Here, the startup fuel flow rate control signal FSRS is given by the startup control circuit 19 as shown in FIG.
[0014]
In FIG. 22, when the ignition opening control signal is given at time t1 when the ignition operation is started, the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 is controlled to the ignition opening, and the diffusion combustion fuel nozzle 7 to the combustor 4 unit are controlled. The fuel injected inside is ignited by an igniter (not shown) and starts to burn. When ignition is detected by a flame detector (not shown) at time t2, the opening is reduced to the warm-up opening control signal, the fuel flow is reduced, and the gas turbine is warmed up for a predetermined time. When the warm-up is completed at time t3, the startup fuel flow rate control signal FSRS is immediately increased to a predetermined upper limit with the passage of time t, and the gas turbine is increased in speed toward the rated speed.
[0015]
Here, the primary side (inlet side) fuel of the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 is controlled in fuel pressure as shown in FIG. 23 by a fuel pressure control valve (not shown). That is, as the gas turbine speed increases, the primary fuel pressure increases, and is controlled to maintain a predetermined fuel pressure at a gas turbine rated speed NO or higher.
[0016]
By the way, the above-mentioned diffusion premixed fuel distribution ratio DR is obtained as follows. As shown in FIG. 21, the combustion gas temperature TF of the combustion gas in the combustor 4 includes the atmospheric temperature T, the atmospheric pressure P, the inlet air guide blade angle PIGV of the air compressor 2, the exhaust gas temperature TX, and the discharge of the air compressor. It is calculated by the function generator 28 from the air pressure PCD or the like. Based on this combustion gas temperature TF, the diffusion premixed fuel distribution ratio function generator 29 obtains the diffusion premixed fuel distribution ratio DR as shown in FIG.
[0017]
Since the value of the diffusion premixed fuel distribution ratio DR is 1 in the region where the combustion gas temperature TF is low as shown in FIG. 24, the startup fuel flow rate control signal FSRS, the fuel flow rate control signal FSR, and the diffusion during gas turbine acceleration The value of the combustion fuel flow control signal FSRD is equal.
[0018]
Further, as shown in FIG. 21, the premixed combustion fuel flow control signal FSRP obtained by subtracting the diffusion combustion fuel flow control signal FSRD by the subtractor 31 from the fuel flow control signal FSR is used for the premixed combustion. This is an opening degree command for the fuel flow control valve 6. Thus, the diffusion premixed fuel distribution ratio DR gives a distribution ratio for distributing the fuel flow rate control signal FSR to the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD and the premixed combustion fuel flow rate control signal FSRP. .
[0019]
Fuel is supplied to the combustor 4 at this distribution ratio via a diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 and a premixed combustion fuel flow rate control valve 6. Therefore, while the value of the diffusion premixed fuel distribution ratio DR is 1, the total amount of fuel represented by the fuel flow control signal FSR passes through the diffusion combustion fuel flow control valve 5 by the diffusion combustion fuel flow control signal FSRD. The fuel flow control valve 6 for premix combustion is supplied to the combustor 4 and is fully closed.
[0020]
On the other hand, the flow rate adjustment of the combustion air supplied to the combustor 4 from the air compressor 2 is performed by the inlet air guide vanes 1. The inlet air guide vane control circuit (not shown) increases the combustion air flow rate by increasing the inlet air guide vane control signal IGVD as the gas turbine speed increases. In this way, as the fuel and air flow rates increase, the air compressor discharge air pressure PCD and the combustor pressure also increase, the gas turbine speed N increases, and eventually approaches the gas turbine rated speed.
[0021]
In the speed load setter 22 in FIG. 21, initial values for gas turbine rated speed control are set during gas turbine acceleration. As the gas turbine speed N increases, the control load NE between the speed load setting NR and the gas turbine speed N obtained by the subtracter 23 decreases. A signal obtained by passing the control deviation NE through the proportional controller 24 is added by the adder 26 with a predetermined bias signal given by the bias setting unit 25 to become a speed load control signal FSRN. Since this speed load control signal FSRN is smaller than the startup fuel flow rate control signal FSRS near the gas turbine rated speed, the fuel flow rate control signal FSR selected by the low value selector 27 is derived from the startup fuel flow rate control signal FSRS. Switching to the speed load control signal FSRN. Thus, the gas turbine speed N is controlled to the rated speed by the speed load control signal FSRN.
[0022]
As soon as the generator 10 is inserted into the power system, the gas turbine speed N is synchronized with the system frequency.
[0023]
Next, when the load (generator output) command MWD increases due to an increase operation of an external device, the deviation between the load command MWD given by the subtractor 20 and the load (generator output) MW becomes a positive polarity. This positive deviation signal is given to the speed load setting unit 22 via the lower limit limiter 21. Since the speed load setting unit 22 operates as an integrator, the speed load setting NR increases in accordance with the positive input signal.
[0024]
Since the gas turbine speed N is equal to the system frequency, the speed load control signal FSRN and the fuel flow rate control signal FSR increase as the speed load setting NR increases, and the fuel flow rate supplied to the combustor 4 increases. When the fuel flow rate increases, the gas turbine exhaust gas temperature TX increases. When the exhaust gas temperature TX rises, the inlet air guide vane control signal IGVD controls the inlet air guide vane angle PIGV to be further opened to increase the air flow rate. Thus, when the fuel flow rate and the air flow rate are increased, the air compressor discharge air pressure PCD, the combustor pressure, the combustion gas temperature TF, and the load MW are increased.
[0025]
As the load MW and the combustion gas temperature TF increase as the load command MWD increases, the value of the diffusion premixed fuel distribution ratio DR is decreased from 1 as shown in FIG. . That is, as shown in FIG. 25, the ratio of the diffusion combustion fuel flow rate is decreased and the ratio of the premixed combustion fuel flow rate is increased as the shift from the low load to the intermediate load region.
[0026]
The combustor 4 is a dry low NOx type combustor that has been widely used recently because it is advantageous for reducing nitrogen oxide (NOx) emissions. The combustion state of diffusion combustion is stable, but NOx is generated because the flame temperature is high. On the other hand, premixed combustion has a feature that it can suppress the generation of NOx because the flame temperature can be kept lower, but it is difficult to burn because the fuel concentration is low. For this reason, the fuel supplied to the combustor 4 is distributed for diffusion combustion and premixed combustion to ensure the stability of the combustion state so that the features of each combustion method can be utilized from the low load range to the high load range. However, the fuel distribution schedule is planned so that the NOx emission amount is reduced.
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional gas turbine apparatus, if the NOx reduction is to be advanced to the limit, the flow rate of the diffused fuel must inevitably be reduced in a normal operation region with a high load. As a result, the pressure ratio of the fuel nozzle is reduced. There is a tendency to decrease, and there is a risk that abnormalities in the combustion state such as flame loss and combustion vibration may occur.
[0028]
Furthermore, recently, the gas turbine inlet gas temperature has also become higher and the gas turbine capacity has become larger. That is, the amounts of fuel flow, air flow, combustor pressure, etc. are also increasing. Therefore, selection of the fuel flow control valve, the size of the fuel nozzle, etc. has become difficult. For example, in order to respond to an increase in the fuel flow rate, the size of the fuel flow control valve and the fuel nozzle must generally be increased.
[0029]
On the other hand, in the high-load normal operating range, while reducing the fuel flow rate of diffusion combustion as much as possible and increasing the fuel flow rate ratio of premixed combustion, the NOx emissions are suppressed to below the conventional level and a small ratio is achieved. The problem remains that the diffusion combustion must be stably performed at the fuel flow rate so that the diffusion combustion gives a stable fire type. That is, if the size of the fuel flow control valve 5 for diffusion combustion and the fuel nozzle are increased, the low load region is sufficient, but the fuel nozzle pressure ratio is insufficient in the high load region where the fuel flow rate is small. There is a problem that combustion becomes unstable and combustion abnormality such as loss of flame and combustion vibration occurs.
[0030]
Further, when the size of the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 and the fuel nozzle is reduced, the fuel pressure side of the fuel nozzle, that is, the secondary side fuel pressure of the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 in a certain region of the middle and high load range. As a result, the fuel pressure differential pressure before and after the diffusion combustion fuel flow control valve 5 cannot be sufficiently secured, the fuel flow control becomes impossible, and the required diffusion combustion fuel flow to the low load range can flow. There is no problem.
[0031]
Accordingly, the present invention stabilizes the combustion state of a combustor in a gas turbine power plant, particularly a premixed dry low NOx combustor, and can perform fuel flow control with good fuel flow control characteristics. An object is to provide a turbine device.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a combustor that mixes and burns discharge air from an air compressor and fuel supplied via a fuel pipe, and a gas turbine that is rotationally driven by the combustion gas burned in the combustor. A premixed combustion piping for supplying a premixed combustion fuel to the premixed combustion fuel nozzle to the combustor by adjusting a flow rate with a premixed combustion flow control valve;
To the combustor Diffusion combustion fuel is supplied to a diffusion combustion fuel nozzle having a smaller diameter than that of the first system diffusion combustion fuel nozzle and the first system diffusion combustion fuel nozzle. First and second systems of diffusion combustion piping supplied by adjusting the flow rate with the first and second systems of diffusion combustion flow control valves;
When the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature or lower in the process of the load of the generator coupled to the gas turbine dropping from the high load range to the low load range, the generator is supplied to the combustor at the high load castle. In addition to the diffusion fuel for the second system, the fuel for diffusion combustion is supplied at a predetermined diffusion fuel distribution ratio to start the supply of the diffusion fuel for the first system. First control means for adjusting and controlling the diffusion control flow control valves of the first and second systems;
While the load of the generator coupled to the gas turbine rises from the low load range to the high load range, the premix combustion flow control valve is adjusted and controlled to increase the premix combustion fuel, and Second control means for adjusting and controlling the diffusion combustion flow control valves of the first and second systems so as to reduce and correct the diffusion combustion fuel in accordance with an increase in the flow rate of the premix combustion fuel according to the diffusion premix distribution ratio; Comprising
When the load of the generator coupled to the gas turbine rises from a low load range to a high load range and the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature or higher, the flow rate of the diffusion combustion fuel in the first system is set. By reducing the fuel pressure in the second system diffusion combustion pipe, the diffusion combustion in the high load range is made only by the second system diffusion combustion fuel. It is characterized by that.
[0033]
According to a second aspect of the present invention, in the gas turbine apparatus according to the first aspect, the first control means and the second control means are configured such that each fuel nozzle pressure ratio of the first and second systems of diffusion combustion fuel nozzles is The diffusion fuel distribution ratio is manipulated to be substantially equal.
[0034]
The invention of claim 3 is the gas turbine apparatus according to claim 1, Fuel nozzle pressure ratio of the first system diffusion combustion fuel nozzle So that the fuel nozzle pressure ratio of the fuel nozzle for diffusion combustion in the second system does not fall below the lower pressure limit when The opening degree of the flow control valve for diffusion combustion in the first system is decreased so as to correct the diffusion fuel distribution ratio. And a fuel nozzle pressure ratio maintaining control means.
[0035]
According to a fourth aspect of the present invention, in the gas turbine device according to the first or third aspect, the fuel pressure of the diffusion combustion piping of the second system does not exceed the pressure upper limit value. Modify the diffusion fuel distribution ratio And a control means for increasing the opening degree of the flow control valve for diffusion combustion in the first system.
[0036]
The invention of claim 5 is the gas turbine apparatus according to claim 1, When the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature or higher in the process of increasing the load of the generator coupled to the gas turbine from the low load range to the high load range, The diffusion fuel distribution ratio is operated so that the fuel nozzle pressure ratio of the second diffusion combustion fuel nozzle becomes a predetermined pressure ratio set value. Shift from diffusive combustion with diffusion combustion fuel in the first and second systems to diffusion combustion with diffusion fuel only in the second system And a fuel nozzle pressure ratio maintaining control means.
[0037]
The invention according to claim 6 is the gas turbine apparatus according to claim 1 or 5, wherein the fuel pressure of the second diffusion combustion pipe is set so that the fuel pressure of the diffusion combustion pipe of the second system does not exceed the pressure upper limit value. And a control means for operating the diffusion fuel distribution ratio so that the pressure becomes a predetermined pressure set value.
[0038]
According to a seventh aspect of the present invention, in the gas turbine apparatus according to the fifth aspect, the predetermined pressure ratio set value is: According to combustion gas temperature It is variable.
[0039]
The invention according to claim 8 is the gas turbine apparatus according to claim 6, wherein the predetermined pressure set value is According to combustion gas temperature It is variable.
[0040]
The invention of claim 9 is the gas turbine apparatus according to claim 1, When the fuel pressure of the diffusion combustion pipe of the second system becomes equal to or higher than the predetermined pressure upper limit value, the second pressure is set so that the fuel pressure of the diffusion combustion pipe of the second system does not exceed the predetermined pressure upper limit value. The opening degree of the flow control valve for premix combustion is increased by adjusting the diffusion premix distribution ratio so that the fuel pressure of the diffusion combustion pipe becomes a predetermined pressure setting value. And a control means.
[0041]
The invention of claim 10 is the gas turbine apparatus according to claim 1, When the fuel nozzle pressure ratio of the second system diffusion combustion fuel nozzle becomes equal to or lower than the pressure ratio setting value, the fuel nozzle pressure ratio of the second system diffusion combustion fuel nozzle does not fall below the pressure ratio lower limit value. And correct the diffusion hand mixture distribution ratio And a fuel nozzle pressure ratio maintaining control means for decreasing the opening of the premixed combustion flow control valve.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0043]
FIG. 1 is an overall system diagram of a gas turbine apparatus showing an embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. In FIG. 1, a fuel pipe including a second system diffusion combustion fuel flow rate control valve 32 and a second system diffusion combustion fuel nozzle 33 is provided with respect to FIG. 20, and the distributed fuel is sent to the combustor 4. And the diffusion combustion is performed in the combustor, and the fuel pressure in the fuel pipe between the second system diffusion combustion fuel flow control valve 32 and the second system diffusion combustion fuel nozzle 33 is detected. A fuel pressure detector 34 is provided to input the fuel pressure signal PH to the gas turbine device 35.
[0044]
Since two diffusion fuel systems are provided, for convenience, the fuel system comprising the diffusion combustion fuel flow rate control valve 5, the diffusion combustion fuel nozzle 7 and its fuel piping is named the first system, and the second system. The fuel system composed of the diffusion combustion fuel flow rate control valve 32, the second system diffusion combustion fuel nozzle 33, and its fuel piping is named the second system. In addition, the signal names of the fuel flow rate control signals that give the opening degree commands to the first system diffusion combustion fuel flow rate control valve 5 and the second system diffusion combustion fuel flow rate control valve 32 are FSRDL and FSRDH, respectively.
[0045]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the gas turbine control device 35 according to the first embodiment of the present invention.
[0046]
In FIG. 2, the function generator 36 obtains the diffusion premixed fuel distribution ratio DR shown in FIG. 3 according to the combustion gas temperature TN. As shown in FIG. 3, the diffusion premixed fuel distribution ratio DR is set to 1 in the region where the combustion gas temperature TF is low, such as when the gas turbine is started and during acceleration, and the fuel flow control signal FSR and the diffusion combustion fuel flow control signal. The FSRD has the same value. That is, combustion is performed with the fuel for diffusion combustion when the gas turbine is started and during the rise (initial stage). During gas turbine start-up and acceleration, the fuel nozzle pressure ratio NPR is greater than the pressure ratio VRA set by the pressure ratio setter 46, and therefore the output of the comparator 45 (the output is established when NPR is less than VRA). That is, the set side input of the flip-flop 49 is in the OFF state. At this time, the output FF of the flip-flop 49 is OFF as an initial value.
[0047]
In the ratio setting unit 39 and the ratio setting unit 40, the diffusion fuel distribution ratios RA and RB of the first system diffusion combustion fuel flow rate control signal FSDL based on the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD are set. In the state where the flip-flop output FF is OFF, the signal switch 41 selects the signal RB of the ratio setter 40, and the multiplier 43 passes through the change rate limiter 42 to multiply the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD. A single-system diffusion combustion fuel flow control signal FSRDL is calculated. Further, the subtractor 44 subtracts the first system diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRDL from the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD to obtain the second system diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRDH. As a result, the first system diffusion combustion fuel flow rate control valve (GCVL) 5 and the second system diffusion combustion fuel flow rate control valve (GCVH) 32 are opened during the start-up and acceleration of the gas turbine, and the next predetermined diffusion fuel distribution is performed. Fuel is supplied at a rate.
[0048]
First system fuel flow rate: Second system fuel flow rate = RB: 1-RB
[0049]
Here, as the distribution ratio setting RB, the fuel nozzle of the first system And smaller bore than the first system fuel nozzle Second system fuel nozzle And caliber Based on the ratio, the fuel nozzle pressure ratio of the first system and the second system is selected to be equal, and as a result, the gas flow rates in the combustor are made equal. Stabilize combustion Yes. Since the air compressor discharge air pressure is low when the gas turbine is started up and during the ascending speed, a sufficient flow rate is provided while maintaining the same flow rate. The fuel nozzle pressure ratio is obtained by the following equation.
[0050]
Pressure ratio = P1 / P2
P1 = Fuel flow control valve secondary side fuel pressure + atmospheric pressure
P2 = Air compressor discharge air pressure × K + atmospheric pressure
K: Coefficient
[0051]
When the generator is inserted into the power system and the load is increased and the combustion gas temperature TF is increased, the diffusion premixed fuel distribution ratio DR is decreased and supplied to the premixed combustion system in order to suppress the generation of NOx. The fuel flow to be supplied is gradually increased and the fuel flow supplied to the diffusion combustion system is decreased. As a result, the diffusion system fuel nozzle pressure ratio NPR gradually decreases.
[0052]
In such a case, in the combustor 4, when the fuel nozzle pressure ratio of the two systems falls below a predetermined pressure ratio, combustion abnormality such as flame loss and combustion vibration occurs. Therefore, the diffusion combustion fuel system fully closes the fuel flow control valve GCVL at a predetermined rate, and moves the fuel flowing through the fuel flow control valve GCVL to the fuel flow control valve GCVH, thereby allowing the fuel flow control valve GCVH. The fuel nozzle pressure ratio of this system is maintained at a predetermined value or more.
[0053]
That is, when the fuel nozzle pressure ratio NPR reaches a predetermined pressure ratio VRA or less, the output of the comparator 45 is turned ON and the output FF of the flip-flop 49 is turned ON. Then, the signal switch 41 is switched to the ratio setter 39, and the ratio setting fully closed signal RA is selected, and the diffusion combustion fuel flow control signal FSRDL of the first system decreases at a predetermined rate and becomes zero, and the fuel flow control valve The GCVL is fully closed, and the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD becomes equal to the second system diffusion combustion fuel flow rate control signal FSDH. The fuel for diffusion combustion passes only through the second system fuel flow rate control valve GCVH, and the fuel nozzle pressure ratio exceeds the predetermined value VRA even when the diffusion fuel flow rate decreases as the load increases and the combustion gas temperature increases thereafter. Since it is maintained, stable combustion can be performed with no combustion abnormality such as flame loss and combustion vibration.
[0054]
FIG. 4 shows the behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel nozzle pressure ratio NPR of each fuel flow control valve at this time. The fuel flow ratio FL for the first system diffusion combustion, the fuel flow ratio FH for the second system diffusion combustion, and the fuel flow ratio FM for premixed combustion have the following relationship.
[0055]
FL = FSRDL / FSR
FH = FSRDH / FSR
FM = FSRP / FSR
FL + FH + FM = 1.0
[0056]
On the other hand, when the load decreases, the distribution fuel distribution ratio increases as the combustion gas temperature TF decreases, and the secondary side fuel pressure PH of the diffusion combustion fuel flow control valve (GCVH) 32 of the second system increases. That is, since the generator is inserted in the power system and the gas turbine speed is equal to the system frequency, the fuel flow control valve primary side fuel pressure is controlled to a constant value during that time. Accordingly, when the fuel pressure PH is equal to or higher than a predetermined pressure, the differential pressure between the fuel pressure before and after the second system diffusion combustion fuel flow control valve becomes smaller, and the fuel flow controllability of the second system diffusion combustion fuel flow control valve becomes smaller. Becomes extremely worse.
[0057]
Therefore, when the secondary fuel pressure PH exceeds the predetermined pressure setting PA of the pressure setter 48, the comparator 47 detects a pressure higher than the predetermined pressure, turns on the reset side input of the flip-flop 49, and outputs the output FF of the flip-flop 49. Is turned off. When the signal FF is turned OFF, the signal switching unit 41 is switched to the ratio setting unit 40, the ratio setting signal RB is selected, and the rate at which the diffusion combustion fuel flow control signal FSRDL of the first system is set by the change rate limiter 42. Then, it opens to a predetermined opening determined from the ratio setting signal RB. In this way, the secondary fuel pressure of the diffusion combustion fuel flow control valve (GCVH) 32 of the second system can be suppressed to a predetermined value PA or less, so that a sufficient differential pressure across the fuel flow control valve can be obtained. The fuel flow rate can be controlled with good control characteristics.
[0058]
FIG. 7 shows the behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel pressure PH of each fuel flow control valve at this time (the behavior in the direction in which the combustion gas temperature decreases). The names FL, FH and FM are the same as those shown in FIG.
[0059]
This embodiment is particularly effective when it is desired to fully close the fuel flow control valve for the first system diffusion combustion in a high load region due to the characteristics of the combustor.
[0060]
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the gas turbine apparatus according to the second embodiment.
[0061]
In the second embodiment, a subtractor 51 subtracts a predetermined fuel pressure ratio setting signal VRB set by a predetermined fuel pressure ratio setter 50 and a fuel nozzle pressure ratio NPR of the second diffusion combustion fuel system. The fuel pressure ratio deviation obtained in this way is passed through the proportional integral controller 52 to calculate a fuel nozzle pressure ratio control signal. The lower value of the fuel nozzle pressure ratio control signal and the diffusion fuel distribution ratio set value RB set by the ratio setting unit 53 is selected by the low value selector 54 and output as the diffusion fuel distribution ratio correction signal S1. . The diffusion combustion fuel flow rate command signal FSRD and the diffusion fuel distribution ratio correction signal S1 are input to the multiplier 43 to obtain the first system diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRDL.
[0062]
First, as the load and the combustion gas temperature rise, in order to suppress the NOx emission amount, as shown in FIG. 3, the diffusion combustion fuel flow rate is decreased and the premixed combustion fuel flow rate is increased. Along with this, the diffusion combustion fuel flow rate decreases, and the fuel nozzle pressure ratio of the diffusion combustion fuel system decreases.
[0063]
In this case, the combustion state of the combustor 4 becomes unstable when the fuel nozzle pressure ratio for diffusion combustion falls below a predetermined value, and combustion abnormality such as loss of flame and combustion vibration occurs. In order to avoid this, when the fuel nozzle pressure ratio NPR decreases to the predetermined value VRB, the fuel nozzle pressure ratio control signal decreases, and the diffusion fuel distribution ratio correction signal S1 is the initial distribution ratio setting value RB. Decrease from. As a result, the fuel flow control signal FSRDL for diffusion combustion in the first system decreases, the fuel flow control signal FSRDH for diffusion combustion in the second system increases, and the amount corresponding to the increase in fuel flow in the second system The fuel nozzle pressure ratio NPR increases. In this way, the fuel nozzle pressure ratio NPR of the second system is controlled to the pressure ratio setting VRB (1-VRB).
[0064]
As described above, according to the second embodiment, the fuel nozzle pressure ratio is maintained at a predetermined value or higher even when the diffusion fuel is lowered, so that a stable flame can be maintained and stable combustion can be performed using the same as a fire type. it can. In addition, since the fuel pressure can be secured with respect to the predetermined value, the fuel flow rate can be controlled with good control characteristics. FIG. 6 shows the behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel nozzle pressure ratio NPR of each fuel flow control valve at this time. The names FL, FH, and FM are the same as those shown in the first embodiment.
[0065]
Since the second embodiment can suppress the peak (the peak shown by the dotted line in FIG. 6) seen in the first embodiment, the fuel pressure setting and the fuel nozzle pressure ratio setting are performed due to the characteristics of the combustor. This is particularly effective for a combustor having a narrow operating band sandwiched between them.
[0066]
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a gas turbine apparatus showing a third embodiment (focusing on a load and a decrease in combustion gas temperature in the second embodiment).
[0067]
In the third embodiment, the subtractor 56 subtracts the predetermined fuel pressure setting PB set by the fuel pressure setting device 55 and the secondary fuel pressure PH of the second system diffusion combustion fuel flow control valve 32. The obtained fuel pressure deviation is passed through the proportional integral controller 57 to calculate a fuel pressure control signal. An intermediate value between the ratio setting RA and ratio setting RB set by the ratio setting unit 58 and the ratio setting unit 59 and the fuel pressure control signal is selected by the intermediate value selector 60 and output as a diffusion fuel distribution ratio correction signal S2. . The diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD and the diffusion fuel distribution ratio correction signal S2 are input to the multiplier 43 to obtain the first system diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRDL.
[0068]
In FIG. 8, the ratio setting RA is first selected as the diffusion fuel distribution ratio correction signal S2 at a high load. In FIG. 9, the ratio setting RA is zero, that is, a setting for commanding the second system fuel flow control valve (GCVL) 5 to be fully closed. Accordingly, at this time, the fuel flow for diffusion combustion is entirely flowing through the fuel flow control valve (GCVH) 32 of the second system.
[0069]
As the load and fuel gas temperature TF decrease, the fuel pressure PH increases as the diffusion fuel flow rate increases. When the fuel pressure PH exceeds the pressure setting PB, the fuel pressure signal of the second system starts to increase, and the diffusion fuel distribution ratio correction signal S2 and the fuel flow control signal FSRDL start to increase.
[0070]
That is, the fuel flow control valve GCVL of the first system starts to open, and the fuel flow rate flowing through the fuel flow control valve GCVH of the second system decreases. The fuel pressure PH decreases by a pressure corresponding to the decreased fuel flow rate. In this way, the fuel pressure PH is controlled to the fuel pressure setting PB. When the load and the combustion gas temperature TF further decrease, the ratio of the diffusion fuel increases, so that the fuel pressure PH tends to increase and the fuel pressure control signal increases.
[0071]
Thus, when the fuel pressure control signal exceeds the ratio setting RB, the ratio setting RB is selected as the diffusion fuel distribution ratio correction signal S2. The behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel pressure PH of each fuel flow control valve at this time is shown in FIG. The names FL, FH, and FM are the same as those shown in the first embodiment.
[0072]
As described above, according to the third embodiment, even when the diffusion fuel flow rate increases during the load drop from the high load, the fuel pressure PH exceeds the pressure upper limit value at which the control characteristics of the fuel flow control valve GCVH deteriorate. Can not be. Therefore, a sufficient differential pressure across the fuel flow control valve can be ensured, and fuel flow control with good control characteristics can be performed. In addition, since the fuel nozzle pressure ratio can be maintained at a sufficiently high pressure ratio, stable combustion can be achieved.
[0073]
Since the third embodiment can suppress the peak (the peak shown by the dotted line in FIG. 9) seen in the first embodiment, the fuel pressure upper limit value and the fuel nozzle pressure ratio can be reduced due to the characteristics of the combustor. This is particularly effective for a combustor having a narrow operating band sandwiched between lower limit values.
[0074]
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of a gas turbine apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
[0075]
In the fourth embodiment, the fuel nozzle pressure ratio setting VRC is obtained by the function generator 61 according to the combustion gas temperature TF as shown in FIG. The subtractor 51 calculates the pressure ratio control signal by passing the fuel nozzle pressure ratio deviation obtained by subtracting the fuel nozzle pressure ratio setting VRC and the fuel nozzle pressure ratio NPR through the proportional integration controller 52. Then, the lower value of the pressure ratio control signal and the ratio set value RB set by the ratio setter 53 is selected by the low value selector 54 and output as the diffusion fuel distribution ratio correction signal S3. The diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD and the diffusion fuel distribution ratio correction signal S3 are input to the multiplier 43 to obtain the first system diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRDL.
[0076]
The operation in the fourth embodiment is equivalent to the operation in the second embodiment, except that the fuel nozzle pressure ratio setting is given based on the combustion gas temperature. FIG. 12 shows the behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel nozzle pressure ratio NPR of each fuel flow control valve at this time. The names FL, FH, and FM are the same as those shown in the first embodiment.
[0077]
Thus, according to the fourth embodiment, an appropriate predetermined fuel nozzle pressure ratio can be set according to the combustion characteristics of the combustor for each combustion gas temperature. The fuel nozzle pressure ratio can be appropriately controlled while suppressing the fuel pressure below a predetermined value. As a result, stable combustion can be ensured while achieving fuel flow control with good control characteristics. The fourth embodiment is particularly effective for a combustor whose combustion characteristics vary greatly depending on the combustion gas temperature, because the shape shown in FIG. 11 can be selected according to the characteristics.
[0078]
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the gas turbine apparatus according to the fifth embodiment.
[0079]
The fifth embodiment is configured such that the fuel pressure set value PC shown in FIG. 14 is obtained by the function generator 62 in accordance with the combustion gas temperature TF of the combustion gas in the combustor 4. The operation in the fifth embodiment is equivalent to the operation in the third embodiment, but is characterized in that the fuel pressure set value can be given based on the combustion gas temperature.
[0080]
FIG. 15 shows the behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel pressure PH of each fuel flow control valve at this time. The names FL, FH, and FM are the same as those shown in the first embodiment.
[0081]
Thus, according to the fifth embodiment, an appropriate fuel nozzle pressure can be set according to the combustion characteristics of the combustor for each combustion gas temperature, so that the fuel nozzle pressure ratio is maintained at a predetermined value or more. The fuel pressure can be appropriately controlled. As a result, stable combustion can be ensured while achieving fuel flow control with good control characteristics.
[0082]
The fifth embodiment is particularly effective for a combustor whose combustion characteristics vary greatly depending on the combustion gas temperature because the function shown in FIG. 14 can be selected in accordance with the characteristics.
[0083]
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of the gas turbine apparatus according to the sixth embodiment.
[0084]
In FIG. 16, in the sixth embodiment, a predetermined fuel pressure setting set by the pressure setting unit 63 and a secondary fuel pressure PH of the fuel flow control valve GCVH are subtracted by a subtractor 64 to calculate a pressure deviation. The pressure deviation is passed through the proportional integral controller 65 to calculate a pressure control signal. Of the pressure control signal and the predetermined set value set by the coefficient unit 66, the lower value is selected by the low value selector 67 and output as the diffusion premixed fuel distribution ratio correction signal S5. The diffusion fuel flow rate command FSRDX before diffusion and the diffusion fuel distribution ratio correction signal S5 output from the multiplier 37 are input to the multiplier 68 to obtain a new diffusion fuel flow rate control signal FSRD.
[0085]
In the first embodiment, in the process of increasing the load and the combustion gas temperature, the opening of the fuel flow control valve GCVL is decreased from the time when the fuel nozzle pressure ratio falls below the predetermined pressure ratio, and the fuel flow control valve The fuel pressure PH when the GCVL reaches the fully closed state is applied to a fuel system and a combustor that do not exceed the pressure setting PA. The sixth embodiment is applied to a fuel system and a combustor that operate as described above and in which the fuel pressure PH exceeds the pressure setting PA just before the fuel flow control valve GCVL reaches the fully closed state.
[0086]
In FIG. 16, when the fuel pressure PH exceeds the pressure set value of the fuel pressure setter 63, the output signal of the proportional integral controller 65, that is, the pressure control signal decreases, and the diffusion premixed fuel distribution ratio correction signal S5 becomes a coefficient. Decrease from the value 66 of the device 66. As a result, the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD decreases and the premixed combustion fuel flow rate control signal FSRP increases. Then, even if the fuel pressure PH is reduced by the fuel pressure corresponding to the decrease in the diffusion combustion fuel flow rate and the fuel flow control valve GCVL reaches the fully closed state, the fuel pressure PH remains at the pressure set value of the pressure setting device 63. Be controlled.
[0087]
When the load and combustion gas temperature further increase, the diffusion fuel flow rate decreases and the fuel pressure PH decreases, so that the value of the diffusion premixed fuel distribution ratio correction signal S5 eventually returns to 1.
[0088]
FIG. 17 shows the behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel pressure PH of each fuel flow control valve at this time. The names FL, FH, and FM are the same as those shown in the first embodiment.
[0089]
Thus, according to the sixth embodiment, by correcting the diffusion premixed fuel distribution ratio given by the function generator 61, the fuel nozzle pressure ratio decreases and the fuel flow control valve GCVL is closed during the load increase. Sometimes, the secondary fuel pressure PH of the fuel flow control valve GCVH does not exceed the pressure upper limit value at which the flow control characteristic of the fuel flow control valve GCVH deteriorates, and the fuel flow control can be performed with good control characteristics. It can be carried out. Further, since the fuel nozzle pressure ratio can be maintained at a predetermined value or more, stable combustion can be achieved.
[0090]
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of the gas turbine apparatus according to the seventh embodiment.
[0091]
In the seventh embodiment, a predetermined fuel nozzle pressure ratio setting and a fuel nozzle pressure ratio NPR set by the fuel nozzle pressure ratio setter 69 are subtracted by a subtractor 70 to calculate a pressure ratio deviation, and the pressure ratio deviation Is passed through the proportional integral controller 71 to calculate a pressure ratio control signal. The higher value of the pressure ratio control signal and the predetermined set value set by the coefficient unit 72 is selected by the high value selector 73 and output as the diffusion premixed fuel distribution ratio correction signal S6.
[0092]
The diffusion fuel flow rate command FSRDX before the correction and the diffusion premixed fuel distribution ratio correction signal S6 output from the multiplier 37 are input to the multiplier 68 to obtain a new diffusion fuel flow rate control signal FSRD.
[0093]
In the first embodiment, in the process in which the load and the combustion gas temperature drop, the opening of the fuel flow control valve GCVL is increased from the time when the fuel pressure PH exceeds a predetermined pressure setting, and the fuel flow control valve GCVL is increased. Is applied to a fuel system and a combustor in which the fuel nozzle pressure ratio NPR when the opening reaches an opening determined from the predetermined diffusion fuel distribution ratio setting RB does not fall below the pressure ratio setting VRA.
[0094]
In the seventh embodiment, the fuel nozzle pressure ratio NPR falls below the pressure ratio setting VRA before the fuel flow control valve GCVL reaches the opening determined from the predetermined diffusion fuel distribution ratio setting RB by acting as described above. Applies to fuel systems and combustors.
[0095]
In FIG. 18, when the fuel nozzle pressure ratio NPR falls below the pressure set value of the pressure ratio setter 69, the output signal of the proportional integral controller 71, that is, the pressure proportional control signal increases, and the diffusion premixed fuel distribution ratio is corrected. The signal S6 increases from the value 1 of the coefficient unit 72. As a result, the diffusion combustion fuel flow rate control signal FSRD increases and the premixed combustion fuel flow rate control signal FSRP decreases. Then, even if the fuel nozzle pressure ratio NPR increases by the fuel nozzle pressure ratio corresponding to the increase in the diffusion combustion fuel flow rate, and the fuel flow control valve GCVL reaches the opening determined from the predetermined diffusion fuel distribution ratio setting RB, The fuel nozzle pressure ratio NPR is controlled to the pressure ratio set value of the pressure ratio setter 69.
[0096]
When the load and combustion gas temperature further drop, the diffusion fuel flow rate increases and the fuel nozzle pressure ratio NPR increases, so the value of the diffusion premixed fuel distribution ratio correction signal S6 eventually returns to 1. FIG. 19 shows the behavior of the fuel flow rate ratio and the fuel nozzle pressure ratio NPR of each fuel flow rate control valve at this time. The names FL, FH, and FM are the same as those shown in the first embodiment.
[0097]
Thus, according to the seventh embodiment, by correcting the diffusion premixed fuel distribution ratio given by the function generator 36 in FIG. 18, the fuel pressure rises during the load drop, and the fuel flow control valve CCVL becomes Since the secondary fuel nozzle pressure ratio NPR of the fuel flow rate control valve GCVH can be prevented from dropping below the pressure ratio lower limit value causing the combustion abnormality when opening to an opening determined from the predetermined diffusion fuel ratio setting RB. , Stable combustion can be performed. In addition, since a sufficient differential pressure between the fuel pressure before and after the fuel flow control valve is ensured, fuel flow control with good control characteristics is possible.
[0098]
In the above embodiment of the present invention, the premixed system is described as one system, but the present invention can be similarly applied even if a plurality of systems are provided. Also, as the combustion gas temperature, the original combustion gas temperature is slightly corrected for control reasons. Value May be employed as an index of control, but can also be applied to such a value corresponding to the combustion gas temperature.
[0099]
As described above, according to the present invention, in a high-capacity high-temperature gas turbine power plant with a large diffusion fuel flow rate in a high load region and a large premixed fuel flow rate, and in a low load region, a diffusion fuel flow rate is larger than before, The fuel nozzle pressure ratio of the diffusion combustion system is controlled to be equal to or higher than the predetermined pressure ratio that causes combustion abnormality while complying with the demand for NOx conversion, so that a stable flame of diffusion combustion is maintained, and the flame is in the combustion state as a fire type Can be stabilized. In addition, since the control is performed so as to ensure a sufficient differential pressure between the fuel pressures before and after the fuel flow control valve, fuel flow control with good control characteristics is possible.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the fuel nozzle pressure ratio of the diffusion combustion system is controlled to be equal to or higher than the predetermined pressure ratio causing the combustion abnormality while meeting the demand for low NOx. The flame can be maintained and the combustion state can be stabilized by using the flame as a fire type. In addition, since the control is performed so as to ensure a sufficient differential pressure between the fuel pressures before and after the fuel flow control valve, fuel flow control with good control characteristics is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing one overall example of a gas turbine apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a gas turbine apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a relationship diagram showing a diffusion premixed fuel distribution ratio according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a relationship diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel nozzle pressure ratio according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial configuration diagram of a gas turbine apparatus showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a relationship diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel nozzle pressure ratio according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a relational diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel pressure in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partial configuration diagram of a gas turbine apparatus showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a relational diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel pressure according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a partial configuration diagram of a gas turbine apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a relational diagram showing characteristics of fuel nozzle pressure ratio setting according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a relational diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel nozzle pressure ratio according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a partial configuration diagram of a gas turbine apparatus showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a relational diagram showing characteristics of fuel pressure setting relating to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a relationship diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel pressure according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a partial configuration diagram of a gas turbine apparatus showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a relational diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel pressure according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a partial configuration diagram of a gas turbine apparatus showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a relationship diagram showing the behavior of the fuel flow rate and the fuel nozzle pressure ratio according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a system diagram showing a conventional gas turbine apparatus.
FIG. 21 is a block diagram of a conventional gas turbine apparatus.
FIG. 22 is a relationship diagram showing a starting fuel flow rate control signal in a conventional gas turbine apparatus.
FIG. 23 is a graph showing the relationship between the primary fuel pressure of the fuel flow control valve and the gas turbine speed in the conventional gas turbine apparatus.
FIG. 24 is a relationship diagram regarding a diffusion premixed fuel distribution ratio and a combustion gas temperature in a conventional gas turbine apparatus.
FIG. 25 is a diagram showing a relationship between fuel flow control signals in a conventional gas turbine apparatus.
[Explanation of symbols]
2 Air compressor
4 Combustors
5 Fuel flow control valve for diffusion combustion
6 Fuel flow control valve for premixed combustion
7 Fuel nozzle for diffusion combustion
8 Fuel nozzle for premixed combustion
9 Gas turbine
10 Generator
32 Fuel flow control valve for second system diffusion combustion
33 Fuel nozzle for extended combustion of the second system
34 Fuel pressure detector
35 Gas turbine control device
36,61 function generator
39, 40 Ratio setter
41 Signal selector
42 Change rate limiter
43,68 multiplier
44, 51, 64, 70 Subtractor
45, 47 comparator
46 Pressure ratio setting device
48 Pressure setter
49 Flip-flop
50 Fuel pressure ratio setting device
52, 65, 71 Proportional integral controller
53,58 Ratio setter
54,67 Low value selector
55, 63 Fuel pressure setting device
60 Intermediate value selector
66,72 Coefficient Unit
69 Fuel nozzle pressure ratio setting device
73 High value selector

Claims

In a gas turbine apparatus comprising: a combustor that mixes and combusts discharge air from an air compressor and fuel supplied via a fuel pipe; and a gas turbine that is rotationally driven by combustion gas combusted in the combustor.
A premixed combustion piping for supplying a premixed combustion fuel to the premixed combustion fuel nozzle to the combustor by adjusting the flow rate with a premixed combustion flow control valve;
The first and second diffusion combustion fuels are supplied to the first system diffusion combustion fuel nozzle to the combustor and the second system diffusion combustion fuel nozzle having an aperture smaller than the aperture of the first system diffusion combustion nozzle . First and second systems of diffusion combustion piping to be supplied by adjusting the flow rate with two systems of diffusion combustion flow control valves;
When the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature or lower in the process of the load of the generator coupled to the gas turbine dropping from the high load range to the low load range, the generator is supplied to the combustor at the high load castle. In addition to the second system of diffusion combustion fuel, the first and second systems are configured to supply the diffusion combustion fuel at a predetermined diffusion fuel distribution ratio in order to start supplying the first system of diffusion combustion fuel . First control means for adjusting and controlling the flow control valve for diffusion combustion of the system;
While the load of the generator coupled to the gas turbine rises from the low load range to the high load range, the premix combustion flow control valve is adjusted and controlled to increase the premix combustion fuel, and Second control means for adjusting and controlling the diffusion combustion flow control valves of the first and second systems so as to reduce and correct the diffusion combustion fuel in accordance with an increase in the flow rate of the premix combustion fuel according to the diffusion premix distribution ratio; Comprising
When the load of the generator coupled to the gas turbine rises from a low load range to a high load range and the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature or higher, the flow rate of the diffusion combustion fuel in the first system is set. A gas turbine apparatus characterized in that the fuel pressure of the second system diffusion combustion pipe is increased by reducing the pressure, and the diffusion combustion in the high load region is made only by the second system diffusion combustion fuel .

The first control means and the second control means operate the diffusion fuel distribution ratio so that the fuel nozzle pressure ratios of the first and second systems of diffusion combustion fuel nozzles are substantially equal. The gas turbine apparatus according to claim 1.

When the fuel nozzle pressure ratio of the first system diffusion combustion fuel nozzle falls below a predetermined pressure ratio set value , the fuel nozzle pressure ratio of the second system diffusion combustion fuel nozzle does not fall below the lower pressure limit. 2. The fuel nozzle pressure ratio maintaining control means for reducing the opening degree of the first combustion combustion flow control valve so as to correct the diffusion fuel distribution ratio . Gas turbine device.

Control to increase the opening degree of the diffusion control flow control valve of the first system by correcting the diffusion fuel distribution ratio so that the fuel pressure of the diffusion combustion piping of the second system does not exceed the upper pressure limit. The gas turbine apparatus according to claim 1, further comprising: means.

When the load of the generator coupled to the gas turbine rises from a low load range to a high load range and the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature or higher, the fuel of the second diffusion combustion fuel nozzle By operating the diffusion fuel distribution ratio so that the nozzle pressure ratio becomes a predetermined pressure ratio setting value, from the diffusion combustion by the diffusion combustion fuel of the first system and the second system only by the diffusion combustion fuel of the second system The gas turbine apparatus according to claim 1, further comprising a fuel nozzle pressure ratio maintaining control unit that shifts to diffusion combustion .

Control for operating the diffusion fuel distribution ratio so that the fuel pressure of the second diffusion combustion pipe does not exceed the upper pressure limit value so that the fuel pressure of the second diffusion combustion pipe becomes a predetermined pressure setting value. The gas turbine apparatus according to claim 1, further comprising: means.

The gas turbine apparatus according to claim 5, wherein the predetermined pressure ratio set value varies according to a combustion gas temperature .

The gas turbine apparatus according to claim 6, wherein the predetermined pressure set value varies according to a combustion gas temperature .

When the fuel pressure of the second system diffusion combustion pipe becomes equal to or higher than the predetermined pressure upper limit value, the second pressure is set so that the fuel pressure of the second system diffusion combustion pipe does not exceed the predetermined pressure upper limit value. Control means for increasing the opening of the premixed combustion flow control valve by correcting the diffusion premixed distribution ratio so that the fuel pressure of the diffusion combustion pipe becomes a predetermined pressure setting value. The gas turbine apparatus according to claim 1, wherein:

When the fuel nozzle pressure ratio of the second system diffusion combustion fuel nozzle becomes equal to or lower than the pressure ratio setting value, the fuel nozzle pressure ratio of the second system diffusion combustion fuel nozzle does not fall below the pressure ratio lower limit value. 2. The gas according to claim 1, further comprising a fuel nozzle pressure ratio maintaining control means for reducing the opening degree of the premixed combustion flow control valve so as to correct the diffusion manual mixture distribution ratio. Turbine device.