JP3809465B2 - Premixed combustor for gas turbine and fuel supply control device and method thereof - Google Patents

Premixed combustor for gas turbine and fuel supply control device and method thereof Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン用の予混合燃焼器およびその燃料供給を制御する装置あるいは方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のガスタービン用の燃焼器においては、安定した燃焼の得られる拡散燃焼が用いられていたため、断熱火炎温度は約2000℃前後に達していた。そのため、窒素成分の少ない燃料、例えば天然ガス等を燃料とした場合であっても、空気中の窒素が酸化されることによっていわゆるサーマルNOxが発生してしまうことは避けられない。
【0003】
このサーマルNOxは、火炎温度を下げることにより低減できることから、拡散燃焼に代えて、燃料を予め燃焼用空気と混合させて希薄な混合ガスとし、これを比較的低温で燃焼させる予混合燃焼を行うことでNOxの発生を抑制する手法が試みられている。
【0004】
しかし、燃料ガスが希薄になると、燃焼安定範囲が狭くなり、確実な着火や安定した燃焼が困難になるという問題点がある。また、燃料を予め燃焼用空気と均一に混合するためには、一般に比較的長い予混合流路あるいは大きな予混合空間が必要となり、予混合空間が制限されて均一な混合ができない場合には、燃料濃度が濃い混合気となるためにNOxの生成が増加することになる。この問題点を解決するため、特開昭63-217141号公報には、拡散燃焼と予混合燃焼とを併用するとともに、負荷に応じて燃焼用空気流量を制御することで予混合燃焼を安定化させる技術が開示されている。
【0005】
さらに、特開平5-296412号公報、特開平5-340273号公報、特開平8-128636号公報には、中心に着火用ガス噴出孔を設け、その周囲に一次、二次の燃焼用予混合ガス噴出孔を同心円状に設け、これら3系統の燃料供給を制御することで、比較的簡潔な構造の燃焼装置で着火から安定燃焼までを予混合燃焼で行い、低NOx化を実現できる技術が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの構成では、例えば最大出力運転から出力ゼロへの瞬間的な移行が火炎安定性が不完全であるために困難であったり、または、出力ゼロから最大出力運転への急激な移行に際して、急激な燃料増量のために予混合通路内の予混合気濃度が濃くなりすぎて逆火するなどの不具合があり、1秒程度の負荷変動には対応できないという問題がある。
【0007】
また、燃焼用空気量を制御するには、空気量を可変するための機構が必要となり、燃焼器の直前に空気可変機構等を付加すると燃焼器の構造が複雑になり、信頼性の確保や小型化が困難であるという問題がある。
【0008】
また、複数の燃料供給系を持つ燃焼器の場合、燃焼空間が別れて空気がそれぞれに分配されているため、着火時の燃焼用空気が少なく着火可能範囲が限られるという問題がある。このように着火可能範囲が狭く着火に至らないと、火炎が形成されないまま予混合気が大量に燃焼器内に流入し、その後で着火した際に爆燃を引き起こす可能性があるが、従来はこれを予防して着火遅れのない確実な着火およびそれに続くスムースな加速を行うには着火系統で高度な燃焼制御を行う必要があった。
【0009】
また、従来の予混合燃焼器においては、吸気条件(圧力、温度)の変動については考慮されておらず、広い運転範囲で低NOx、高燃焼効率を実現することが困難であった。さらに、瞬間的な減速や加速に対応させるには多段燃料供給の予混合燃焼器では燃料供給制御が複雑になり、対応が困難であった。
【0010】
そこで、本発明は、簡単な構成で、確実な着火及び立ち上げと、吸気条件の変化や急激な負荷変動にも関わらず、広い運転範囲で低NOx、高燃焼効率を実現することが可能なガスタービン用予混合燃焼器とその燃料供給制御装置、制御方法を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るガスタービン用予混合燃焼器は、略円筒形の燃焼室と、燃焼室の上流側中央部に配置されている拡散燃料ノズルと、その周囲に形成され、燃焼室の上流端に連通する空気通路と、該空気通路内に燃料を噴射する予混合燃料ノズルと、を備えるガスタービン用予混合燃焼器であって、空気通路は、予混合流路と、この上流に連通する空気流路とから構成され、該予混合流路の上流に予混合燃料ノズルが配置されるとともに、予混合流路は、通過する気流に旋回速度を付与する旋回装置が上流側に配置されており、旋回気流を外側から軸中心方向へ導く第1流路と、第1流路を通過した気流の方向を軸方向へ転向させる第2流路と、流路面積を徐々に減少させて第2流路を通過した気流を軸方向に加速するとともに軸方向に対して規定の角度で外側へ向けて燃焼室内へと噴出させる環状流路である第3流路とから構成されており、前記第3流路の軸中心部分に前記拡散燃料ノズルが配置されるとともに、前記拡散燃料ノズルと前記環状流路との間に空気噴孔が配置されていることを特徴とする。
【0012】
空気通路をこのように構成することで、予混合燃料ノズルから噴射された燃料と、空気流路を介して導入される空気とを旋回装置により効率的に混合する。また、生成された予混合気を軸中心方向へと導いて徐々に加速させつつ軸方向へと転向させることで比較的短い空間寸法の予混合流路で空間的にも時間的にも均一な予混合気が燃焼室へと供給される。これにより、希薄予混合火炎を形成してサーマルNOxの生成を抑制できる。
【0014】
空気噴孔から噴射される空気により燃焼室内に形成される火炎を乱流拡散させて燃焼促進を図るとともに燃焼室内の空間温度分布を一様に保つ。さらに、拡散燃料ノズルが燃焼室に対面しているので、瞬間的な減速や加速を行う場合に、燃料切り替えによる燃焼室への燃料噴射の時間遅れがなく、そのために火炎の吹き消えや異常燃焼による過熱が発生しない。
【0015】
この空気噴孔が複数配置され、各空気噴孔は、空気流路に連通されているとより好ましい。
【0016】
複数の空気噴孔を配置することで、火炎を拡散燃料ノズル、第2流路出口、その間の壁面から離隔させて、壁面等の温度上昇を抑制する。さらに空気噴孔を通過する空気流による冷却効果も得られる。また、拡散燃料ノズルの周囲である端面上に付着するカーボン等を吹き飛ばすことができる効果もある。
【0017】
上記課題を解決するため、本発明に係るガスタービン用予混合燃焼器の燃料供給制御装置は、上述した本発明にかかるガスタービン用予混合燃焼器の燃料供給を制御する制御装置であって、この拡散燃料ノズルと予混合燃料ノズルの各々に燃料を供給する燃料配管上にそれぞれ配置されている電磁弁と、ガスタービンの回転数を可変する回転数可変手段と、これら電磁弁それぞれの開閉を制御することで拡散燃焼と予混合燃焼の切り替えを行うとともに、回転数可変手段によりガスタービンの回転数を変更することで、燃料当量比あるいは排ガス温度を一定に維持しつつ要求負荷に対応させる制御部と、を備えていることを特徴とする。
【0018】
この構成によれば、拡散燃焼と予混合燃焼とを運転条件に応じて使い分けるので、両者を同時に組み合わせる場合と異なり、それぞれの割合を制御する必要がないので、比較的簡便で低コストの燃料供給系を実現することが可能となる。例えば、通常の負荷運転時は予混合燃焼により運転を行い、着火時や不安定燃焼時あるいは加速・減速時には拡散燃焼により運転を行うことで、確実な着火及び立ち上げと、広い運転範囲での低NOx、高燃焼効率を実現することが可能である。
【0019】
さらに、ガスタービンの圧縮機の吸気条件に左右されることなく、常に最適な希薄燃焼を行うことができるとともに、排ガス温度をほぼ一定に維持すれば、ガスタービンを用いた発電システムやコ・ジェネレーションシステムの総合効率を比較的高く維持することが可能となる。
【0020】
この燃料供給系には燃料を加圧して圧送する圧送手段がさらに配置されており、制御部は、圧送手段の作動を制御することで燃料流量を調整することが好ましい。このようにすると、燃料供給時に必要とされる駆動負荷を最小限とすることができる。
【0021】
一方、本発明に係るガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法は、前述のガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法であって、拡散燃料ノズルと予混合燃料ノズルの各々に燃料を供給する燃料配管上にはそれぞれ電磁弁が配置されており、その開閉を制御することで拡散燃焼と予混合燃焼とを運転条件に応じて切り替えるとともに、タービン回転数と、排ガス温度とがともに所定の閾値以上の場合には、拡散燃料ノズルへの燃料供給を停止して、予混合燃料ノズルへの燃料供給のみを行うことを特徴とする。
【0022】
この構成によれば、拡散燃焼と予混合燃焼とを運転条件に応じて使い分けるので、両者を同時に組み合わせる場合と異なり、それぞれの割合を制御する必要がないので、比較的簡便で低コストの燃料供給系を実現することが可能となる。タービン回転数と、排ガス温度とがともに所定の閾値以上の場合には、安定して希薄燃焼を継続できるので、予混合燃焼により運転を行い、着火時や不安定燃焼時には拡散燃焼により運転を行うことで、確実な着火及び立ち上げと、広い運転範囲での低NOx、高燃焼効率を実現することが可能である。
【0023】
ここで、急減速・急加速時には、拡散燃料の電磁弁を開にするとともに、予混合燃料の電磁弁を閉に切り換えることで燃料流量を調整することが好ましい。このようにすると、切り替えに起因して燃焼が不安定になることを防止することができるとともに必要な運転状態に最短時間で移行することができ、安定した燃焼を継続することが可能となる。
【0024】
予混合燃焼による負荷運転時には、圧縮機出口圧力を計測して対応する燃料流量を算出し、燃料当量比あるいは排ガス温度が一定となるようタービン回転数を制御することで要求負荷に対応させることが好ましい。
【0025】
このようにすると、ガスタービンの圧縮機の吸気条件に左右されることなく、常に最適な希薄燃焼を行うことができるとともに、排ガス温度をほぼ一定に維持すれば、ガスタービンを用いた発電システムやコ・ジェネレーションシステムの総合効率を比較的高く維持することが可能となる。
【0026】
拡散燃料ノズルへ燃料を供給する燃料配管上に配置されている電磁弁は、遮断弁と流量調整弁とを組み合わせて構成されており、ガスタービンの始動時には、流量調整弁を所定の開度に設定し、タービン回転数が所定の回転数に達した後に遮断弁を開いて拡散燃料ノズルへの燃料供給を開始して、点火装置による着火を行うとともに、タービン回転数、排ガス温度、圧縮機出口空気圧力のいずれかの上昇とその変化率から着火の成否を判定することが好ましい。
【0027】
このようにすると、スタート時に燃料の供給量が所定の流量に達するまでの時間遅れを少なくすることができるので、確実な着火を行うことができる。そして、着火の成否を確実に判定することができるので、確実な着火とそれに続くスムースな加速を実現でき、爆燃等の不具合が発生することがない。
【0028】
燃料供給系に配置された圧送装置を制御することで燃料流量を調整することが好ましい。このようにすると、燃料供給時に必要とされる駆動負荷を最小限とすることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【0030】
図1は、本発明に係るガスタービン用予混合燃焼器の好適な実施形態を示す縦断面図であり、図2はこの燃焼器の拡散燃料ノズルとその周囲に設けた空気噴孔の部分を端面側から見た図である。
【0031】
燃焼器2は、略円筒状の外筒21内に同じく略円筒状の内筒22が配置された缶型燃焼器であり、図1においては後述する圧縮機1で圧縮された空気を右端から外筒21と内筒22の間の空間である空気流通路29に導き、その末端(右端)29aから燃料とともに内筒22の端部内側に形成される環状の予混合流路26へと導いて流れを反転させて内筒22内へと導いて燃焼させた後に右端から流出させて後述するタービン3へと供給する逆流型の燃焼器である。つまり、内筒22内が燃焼室を形成する燃焼室ライナである。この内筒22には、燃焼用空気を内部へと導き燃焼ガスを希釈する希釈孔30が設けられている。
【0032】
この燃焼器2内への燃料供給は、内筒22の軸中心に配置される拡散燃料ノズル23と、予混合流路26の上流側の空気通路29a内の円周上に略等間隔で配置される複数本の予混合燃料ノズル24により行われる。各ノズル23、24への燃料供給は、外筒21内の左端に接続された後述する2系統の燃料供給配管L1、L2により行われる。
【0033】
予混合流路26の上流端には複数の旋回羽根27が配置されている。前述の予混合燃料ノズル24は、この旋回羽根27の直近の上流側に配置されていることになる。この旋回羽根27は、半径方向に沿って配置されるのではなく、これと所定の傾きを設けて配置される。環状の予混合流路26は軸中心に向かって流路が形成され、旋回羽根27が配置されている上流側の導入部26aと、入口側が径方向へ開口し、出口側は軸方向へと開口してこの間を湾曲する流路で繋ぐ湾曲部26bと、内筒22と共通の中心軸を有し、軸方向に沿って上流側から下流側へ向かって流路断面積を徐々に減少させた管路部26cから構成される。燃焼室内への開口部26dは図2に示されるように環状の開口となる。この環状の開口部26dから噴出する予混合気は、管路部26cによって矢印Aで示されるように軸方向に対して約15°〜30°の角度をなして外側へ向かって噴出されて燃焼室22内へと流入する。
【0034】
この環状の開口部26dの内側の中心には拡散燃料ノズル23が配置され、その6個の噴孔23aは、軸中心を中心とする円周上に等間隔で配置されている。噴孔23aと開口部26の間には、2つの同心円周上に空気通路29aに接続された通路28に連通する噴孔28aが複数個配置されている。図では、内周側に6個、外周側に12個配置されている。
【0035】
ここで、開口部26dの内径D1と外径D2は、D2/D1≦1.5の関係を満たし、D1は、燃焼室、つまり内筒22の最大内径D3に対して、2≦D3/D1≦4の関係を満たすことが好ましい。
【0036】
図3は、この予混合燃焼器2を用いたガスタービン利用の発電システムを示す概略図である。燃焼器2は、圧縮機1とタービン3の間に配置され、圧縮機1で圧縮された空気に燃料を噴射して燃焼させ、得られた高温ガスによりタービン3を回転させて出力を得る。タービン3の出力軸(図では、圧縮機1側に配置されている)には例えば、発電機4が接続されている。発電機4にはその回転数を制御するインバーター5が接続されている。
【0037】
燃焼器2の上述した燃料供給ラインL1、L2は、燃料供給系6の一部であり、都市ガスの供給配管に接続されている主配管L0上には、ガスコンプレッサ61と、遮断弁62、燃料調整弁63が配置され、その下流側でラインL1とL2に分岐される。また、遮断弁62の下流で燃料調整弁63へ延びるラインL0とから分岐するラインL3が設けられ、このラインL3は、燃焼器2直前でラインL1に接続されている。ラインL1には遮断弁65が、ラインL2には遮断弁64が、またラインL3にはオリフィス66と遮断弁67がそれぞれ配置されている。
【0038】
このシステムの運転を制御するエンジン制御ユニット(以下、ECUと呼ぶ)7には、圧縮機1の出口圧力を計測する圧力計71と、出口温度を計測する燃焼器入口空気温度計74と、タービン3出口における排ガス温度を計測する温度計72の出力が入力されるほか、インバータ5の状態信号が入力され、点火プラグを火花発火させるエキサイタ73のほか、各弁62〜65、67やガスコンプレッサ61の作動を制御する。
【0039】
次に、この燃焼器2の動作について説明する。まず、起動時動作を図4を参照して説明する。図4は始動時における制御を示すタイムチャートである。以下、特に指定のない限り、制御のコントロールはECU7によって行われるものとする。
【0040】
時刻t0において、遮断弁62、64、65、67を閉じた状態で流量調整弁63を所定の開度aまで開くとともに、圧縮機1、タービン3と連結された発電機4を起動用モータとして駆動して回転させることで圧縮機1を起動して、タービン3内と排気ダクト内をエアパージする。同時に燃料供給用のガスコンプレッサ61を駆動する。このときに、遮断弁62、64、65、67は閉じたままであり、燃料である都市ガスは燃焼器2には供給されていない。
【0041】
続いて時刻t1になった時点かその少し前で、エキサイタ73を駆動することで点火プラグ25を間欠的に火花発火させる。
【0042】
ガスコンプレッサ61の供給圧力が規定の圧力に達しており、かつ、規定のエアパージ時間を経過した時刻t2の時点で、各遮断弁62、65、67を開き、ラインL1を介しての拡散燃料ノズル23への燃料供給を開始する。このとき、予混合燃料ノズル24へ接続されているラインL2に配置されている遮断弁64は閉止されたままであり、予混合燃料ノズル24へは燃料は供給されない。拡散燃料ノズル23への燃料供給量は、圧力計68で測定しているガスコンプレッサー61の出口圧力が一定となるよう制御しつつ、流量調整弁63の開度を調整することで制御されている。なお、燃料供給量の調整は、流量調整弁63による代わりにガスコンプレッサ61の回転速度を可変とすることで行ってもよい。
【0043】
拡散燃料ノズル23の先端の噴孔23aから供給された燃料は、予混合流路26の開口部26dより軸中心側に位置する壁面上に開口している噴孔28aから供給される空気流によって乱流拡散され、点火プラグ25の周囲にまで拡散させることで点火プラグ25から発火された火花により着火させる。点火プラグ25からの発火により発生した比較的小さな火炎は、拡散燃料の噴孔23aに向かって伝播して、開口部26dから15°〜30°の角度方向に噴出される旋回空気流が燃焼室22内に形成している循環渦空間へと取り込まれて広がることで、安定で定常な拡散火炎を形成することができる。これにより、拡散燃焼火炎が内筒22内に形成される。
【0044】
こうして形成される拡散燃焼火炎は噴孔28aから噴出される空気流によって乱流拡散されているため、内筒22の内壁面や開口部26dより軸中心側に位置する内壁面22bから離隔させることができ、壁面22dや内筒22の熱的損傷あるいはカーボン付着等を抑制できる。また、この乱流効果によって燃焼促進を図るとともに燃焼室内の空間温度分布を一様にすることができる。
【0045】
こうして形成された拡散火炎により、燃焼室22内で得られた高温ガスをタービン3へと導いて、タービン3を駆動することにより、タービン3の回転数が増加していく。この回転数の上昇を検出することで、拡散燃料の着火の成否を確実に判定することができる。また、着火が成功した際には温度計72で測定している排ガスの温度や、圧力計71で測定している圧縮機1の出口圧力が上昇するほか、発電機4のモータ駆動用に供給する電力が減少し、やがては逆に発電の負荷が上昇するから、これらの変化を基にして着火の成否を判定してもよい。
【0046】
着火成功と判定したら(時刻t3の時点)、流量調整弁63の開度を徐々に大きくしていくことで、拡散燃料ノズル23へと供給される燃料の量を増加せしめる。このようにして拡散燃焼火炎によって確実な着火とスムースな立ち上げを行うことができる。
【0047】
次に負荷運転時の動作を説明する。図5は、図3のガスタービン発電システムとして50kW級ガスタービンシステムを構成した場合の発電出力に対する燃焼制御状態を説明するグラフである。着火後所定の回転数までは遮断弁65、67をともに開、遮断弁64を閉制御して拡散燃料ノズル23からのみ燃料を供給することでパイロット用燃料による拡散燃焼運転を行う。
【0048】
所定の回転数に達した後は、遮断弁65を閉じて、遮断弁64を開く。予混合燃料ノズル24から噴射された燃料は、圧縮機1から通路29を介して送られてきた燃焼用空気とともに予混合流路26の導入部26aへと導かれ、旋回羽根27によって旋回流を与えられることで良好に混合され、湾曲部26bによりその流動方向が軸方向へと転向させられた後、管状部26cを通過することで加速させられて環状の開口部26dから内筒22の燃焼室内へと噴射される。こうして予混合流路26で均一な混合気が形成されるため、燃焼室内に噴射される予混合気の時間的空間的分布を均一化することができる。また、このような予混合流路の構成を採ることにより、比較的短い空間寸法で目的を達成することができ、燃焼器自体のコンパクト化を図ることができる。噴射された予混合気は、その内側に形成されている拡散火炎により着火され、予混合火炎を形成する。このように予混合火炎と拡散火炎を同時に形成することでパイロットアシスト予混合燃焼運転を行う。
【0049】
さらに回転数が上昇して出力が所定出力に達した以降は遮断弁67も閉じて拡散燃料ノズル23への燃料供給を完全に停止する。この結果、予混合流路26を通過した予混合気のみを利用した完全予混合燃焼を行う。形成されている予混合火炎も拡散火炎の場合と同様に噴孔28aから噴出される空気流によって乱流拡散されているため、内筒22の内壁面や開口部26dより軸中心側に位置する内壁面22bから離隔させることができ、壁面22eや内筒22の熱的損傷を抑制できる。また、この乱流効果によって燃焼促進を図るとともに燃焼室内の空間温度分布を一様にすることができる。また、空気流路29を通過する空気による内壁面22bの冷却効果も期待できる。
【0050】
ここで、前述したようにD2/D1≦1.5の関係を満たしていると、開口部26dより内側に形成される予混合火炎と、開口部26dの外側に形成される予混合火炎とが空間的に完全に分離することがなく、火炎の安定性が保持、強化されて確実に完全燃焼を行うことができる。
【0051】
また、D3/D1≦4の関係を満たしていると、開口部26dから供給された予混合気が燃焼室内で燃焼する際に内側と外側の火炎とが著しく分離することもなく、また、燃焼空間が無駄になることがなく均一燃焼が可能となり、燃焼室内の空間温度分布を均一化することができる。さらに、2≦D3/D1の関係を満たしていると、火炎が軸方向に異常に長く延びることがないので燃焼室を細長くする必要がなく、そのコンパクト化が図れるとともに、燃焼室ライナ22の壁面温度の上昇を抑制する効果が得られる。
【0052】
燃焼制御の際に、圧縮機1に連結された発電機4の回転数をインバータ5により制御することで、噴射された燃料に最適な供給空気量となるよう調整し、当量比を一定に保ち、燃焼温度を一定に制御することができる。
【0053】
図6は、温度計72で測定している排ガス温度(燃焼温度に相当)が一定となるようにインバータ5により発電機4の回転数を制御して運転した場合における排ガス中のNOx濃度、CO濃度を表したグラフである。ここでは、出力20kWまでを拡散燃焼、20〜42kWまでをパイロット予混合燃焼、42kW以上を完全予混合燃焼とした例を示している。
【0054】
完全予混合燃焼領域では、酸素濃度16%換算で、NOx濃度は6ppm未満、CO濃度は5ppm未満で燃焼効率は99.99%超である。パイロット予混合燃焼領域では、NOx濃度は8ppm未満、CO濃度は90ppm未満で燃焼効率は99.5%超である。また、拡散燃焼領域では、NOx濃度は75ppm未満、CO濃度は250ppm未満で燃焼効率は98%超である。発電効率は、20kW〜50kWのパイロット予混合燃焼および完全予混合燃焼領域では20〜28%を示し、部分負荷運転でも比較的高い発電効率を維持するとともに、低NOx、低CO、高燃焼効率運転を行うことができた。
【0055】
ここでは、約42kWでパイロット予混合燃焼と完全予混合燃焼とを切り換える例を説明したが、高負荷領域全てをパイロット予混合燃焼で、あるいは完全予混合燃焼で運転しても良く、切り替えをより低い負荷、例えば30kWで行ったり、あるいはより高い負荷で行うようにしてもよい。
【0056】
最大出力50kWから出力0kWまでの減速を瞬時に行いたい場合やあるいは出力0kWから最大出力50kWまでの加速を1秒程度以下の時間で行いたい場合には、拡散燃料の電磁弁65、67を開くとともに、電磁弁64を閉じて、拡散燃焼に瞬時に切り換えることにより、安定な拡散火炎を形成してスムースで最短時間の移行が可能となる。
【0057】
次に、本発明に係る燃料供給制御について説明する。図7は、本発明に係るガスタービン用予混合燃焼器の燃料供給制御が適用されるガスタービン用予混合燃焼器の一例を示す縦断面図であり、図8はこの燃焼器の点火装置周辺を端面側から見た図である。
【0058】
この燃焼器2aは、燃焼器の軸中心部分の構造のみが図1に示される燃焼器2と相違する。そこで、共通する部分についての説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【0059】
この燃焼器2aにおいては、点火プラグ25が燃焼室内筒22の上流側(図の左側を指す)中央に設けられた孔22a内に配置されている。そして、燃料供給配管L1に接続された拡散燃料ノズル23の噴孔23aは、この孔22aを中心とする円周上に6個配置されている。
【0060】
図9は、この予混合燃焼器2aを用いたガスタービン利用の発電システムを示す概略図である。主要な構成は図3に示されるガスタービン発電システムと同一であり、ラインL3を備えていない点が図3のシステムと相違する。
【0061】
まず、起動時の燃料供給制御について図10を参照して説明する。図10は始動時における制御を示すタイムチャートである。この制御もECU7によって行われる。
【0062】
時刻t0において、遮断弁62を閉じた状態で流量調整弁63を所定の開度aまで開くとともに、発電機4を起動用モータとして駆動して回転させることで圧縮機1を起動して、ガスタービン内と排気ダクト内をエアパージする。同時に燃料供給用のガスコンプレッサ61を駆動する。このときに、遮断弁62、64、65は閉じたままであり、燃料である都市ガスは燃焼器2には供給されていない。
【0063】
続いて時刻t1になった時点かその少し前で、エキサイタ73を駆動することで点火プラグ42を間欠的に火花発火させる。
【0064】
ガスコンプレッサ61の供給圧力が規定の圧力に達しており、かつ、規定のエアパージ時間を経過した時刻t2の時点で、ラインL1上の遮断弁65とその上流の遮断弁62を開き、拡散燃料ノズル23への燃料供給を開始する。ここで、燃料供給量は、流量調整弁63の開度を調整することで制御されている。噴孔23から供給された燃料は、燃焼室内に形成されている循環流によって点火プラグ25の先端に回り込み、点火プラグ25から発火された火花により着火することで、拡散燃焼火炎が内筒22内に形成される。
【0065】
こうして形成された拡散火炎により、燃焼室22内で得られた高温ガスをタービン3へと導くことで、タービン3を駆動することにより、タービン3の回転数が増加していく。この回転数の上昇を検出することで、拡散燃料の着火の成否を確実に判定することができる。また、着火が成功した際には温度計72で測定している排ガスの温度や、圧力計71で測定している圧縮機1の出口圧力が上昇するほか、発電機4のモータ駆動用に供給する電力が減少し、やがては逆に発電の負荷が上昇するから、これらの変化を基にして着火の成否を判定してもよい。
【0066】
着火成功と判定したら(時刻t3の時点)、流量調整弁63の開度を徐々に大きくしていくことで、拡散燃料ノズル23へと供給される燃料の量を増加せしめる。このようにして拡散燃焼火炎によって確実な着火とスムースな立ち上げを行うことができる。
【0067】
次に負荷運転時の動作を説明する。タービン3の回転数が所定の回転数以上になり、かつ、温度計72で測定している排ガス温度が所定の温度(例えば600℃)以上に達したら、ラインL2上の遮断弁64を開いて予混合燃料ノズル24への燃料供給を開始する。
【0068】
予混合燃料ノズル24から噴射された燃料は、圧縮機1から通路29を介して送られてきた燃焼用空気とともに予混合流路26を通過する際に混合され、環状の出口26aから内筒22の燃焼室内に噴射されて、その内側に形成されている拡散火炎により着火し、予混合火炎を形成する。
【0069】
タービン3の回転数と排ガス温度が安定して予混合火炎の着火を確認したら、所定時間後にラインL1上の遮断弁65を閉じることにより、拡散燃料ノズル23からの燃料供給を停止し、拡散燃焼から予混合燃焼への切り替えを終了する。
【0070】
このように、拡散燃焼から予混合燃焼への切替時に、一時的に遮断弁64、65を共に開として、拡散燃料ノズル23と予混合燃料ノズル24の双方から燃料を供給するオーバーラップ時間を設けることで、拡散燃焼から予混合燃焼への移行(切り替え)を確実に行うことができる。
【0071】
予混合燃焼への移行後は、排ガス温度が所定の温度(例えば、650℃)で維持されるよう、燃料供給量をガスコンプレッサ61の回転数および流量調整弁63により調整するとともに、圧力計71で測定している圧縮機1の出口圧力をもとにして発電機4の回転数をインバータ5で制御することで、発電機4に直結された圧縮機1の回転数を噴射された燃料に最適な供給空気量となるよう調整する。これにより、当量比を一定に保ちつつ、所望の出力が得られるよう負荷運転を行うことができる。
【0072】
このように当量比がほぼ一定に保たれているので、広い運転負荷範囲で希薄な空燃比での安定燃焼が行えるので、10ppm未満(数ppm)の低NOx、低COでの高効率燃焼が達成される。また、燃料供給量の調整をガスコンプレッサ61の回転数制御と流量調整弁63により行うことで、ガスコンプレッサ61の駆動負荷を必要最小限とすることができる。なお、ここで燃料供給量の調整は、ガスコンプレッサ61の回転数制御かあるいは流量調整弁63の開度調整のいずれか一方のみで行ってもよい。
【0073】
一方、タービン出口ガス温度が規定の温度レベル(例えば、600℃)を下回った場合には、今度はラインL1上の遮断弁65を開き、拡散燃料ノズル23から燃料を噴射して、予混合火炎の内側に拡散火炎を形成する。そして、タービン3の回転数、排ガス温度が安定して拡散火炎の形成が確認されたら、所定の時間後にラインL2上の遮断弁64を閉じることで、予混合燃料の供給を停止し、拡散燃焼への切り替えを終了する。
【0074】
このように、予混合燃焼から拡散燃焼への切替時に、同時に瞬間的に切り換えるか、あるいは、オーバーラップ時間を設けることで、移行をスムースかつ確実に行うことができる。さらに、予混合燃焼では燃焼が不安定になりやすい領域では拡散燃焼を行うことで、不燃燃料が排出されたり、CO濃度が高くなることがなく、安定した運転が行える。
【0075】
この本発明に係るガスタービン用予混合燃焼器の燃料供給制御装置および制御方法は、図7、図8に示されるようなガスタービン用予混合燃焼器にのみ適用されるものではなく、拡散燃焼と予混合燃焼を切り替えることが可能な各種の予混合燃焼器に適用可能である。
【0076】
図11は本発明を適用可能な別のガスタービン予混合燃焼器2bを示す縦断面図であり、図12はその燃焼器内の上流側端部を下流側から見た図である。
【0077】
この燃焼器2bでは、図1、図2に示される燃焼器2と同様に点火プラグ25が燃焼器2bの内筒22の側方に取り付けられている。点火プラグ25を側方に配置することで、拡散燃料ノズル23近傍の構造を単純なものとして、製造を容易にすることが可能である。
【0078】
この燃焼器2bにおいても、本発明に係る燃料供給制御を好適に適用することが可能である。
【0079】
燃料供給系6の一部を構成するガスコンプレッサ61と燃料調整弁63の代わりに、例えば回転数可変機構を持ったガスコンプレッサで燃料流量を制御してもよい。また、上記では燃料としては都市ガスを利用したが、例えば、LNG、LPG、バイオマス燃料あるいは水素等の他の気体燃料や液体燃料でも基本的には同様に使用可能である。
【0080】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のガスタービン用予混合燃焼器によれば、軸対称な構成で比較的短い空間寸法の予混合流路で空間的にも時間的にも均一な予混合気を燃焼室へと供給することができるので、燃焼器全体の寸法をコンパクトにすることができるとともに、希薄予混合火炎を形成してサーマルNOxの生成を抑制することができる。
【0081】
また、本発明に係る燃料制御方法によれば、同一の燃焼器において運転条件に応じて拡散燃焼と予混合燃焼とを切り替えるので、常に最適な条件で運転を行うことができ、NOx、COの排出量を低減できる。また、切り替えは電磁弁制御のみで行えるため、瞬間的な減速や加速に対応することができ、しかも燃料供給系の構造を簡略化できる。したがって、確実な着火、立ち上げが可能となる。
【0082】
さらに、ガスタービンの回転数を調整することで、空気流量の調整を行うとともに、燃料流量を調整して、負荷に関わらず一定の当量比での燃焼あるいは燃焼温度を維持するので、高効率で低NOxの安定した燃焼が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスタービン用予混合燃焼器の一例を示す図である。
【図2】図1における燃焼室入口部分を示す図である。
【図3】図1の予混合燃焼器を利用したコ・ジェネレーションシステムの概略図である。
【図4】図3のシステムの起動時動作を説明するフローチャートである。
【図5】図3のシステムにおいて発電出力に対する燃焼制御状態を説明するグラフである。
【図6】図3のシステムにおいて排ガス中のNOx濃度、CO濃度を表したグラフである。
【図7】本発明に係る燃料供給制御装置を適用するガスタービン用予混合燃焼器の一例を示す図である。
【図8】図7における燃焼室入口部分を示す図である。
【図9】本発明に係る燃料供給制御装置を適用するガスタービンを利用したコ・ジェネレーションシステムの概略図である。
【図10】図9のシステムの立ち上げ時のタイムチャートである。
【図11】本発明に係る燃料供給制御装置を適用するガスタービン用予混合燃焼器の別の一例を示す図である。
【図12】図11における燃焼室入口部分を示す図である。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…予混合燃焼器、3…タービン、4…発電機、5…インバータ、6…燃料供給系、7…ECU、21…外筒、22…内筒(燃焼室ライナ)、23…拡散燃料ノズル、24…予混合燃料ノズル、25…点火プラグ、26…予混合流路、29…空気流路、61…ガスコンプレッサ、62、64、65…遮断弁、63…流量調整弁。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a premix combustor for a gas turbine and an apparatus or method for controlling the fuel supply thereof.
[0002]
[Prior art]
In conventional combustors for gas turbines, diffusion combustion that provides stable combustion is used, so the adiabatic flame temperature has reached about 2000 ° C. Therefore, even when a fuel having a small nitrogen component, for example, natural gas, is used as fuel, it is inevitable that so-called thermal NOx is generated due to oxidation of nitrogen in the air.
[0003]
Since this thermal NOx can be reduced by lowering the flame temperature, instead of diffusion combustion, premixed combustion is performed in which fuel is mixed with combustion air in advance to form a lean mixed gas, which is burned at a relatively low temperature. Therefore, a technique for suppressing the generation of NOx has been attempted.
[0004]
However, when the fuel gas is diluted, there is a problem that the stable combustion range is narrowed, and it is difficult to ensure ignition and stable combustion. Also, in order to uniformly mix the fuel with the combustion air in advance, generally a relatively long premix flow path or a large premix space is required, and when the premix space is limited and uniform mixing cannot be performed, As the fuel concentration becomes a rich mixture, the production of NOx increases. In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-217141 discloses that premixed combustion is stabilized by using both diffusion combustion and premixed combustion and controlling the flow rate of combustion air according to the load. Techniques for making them disclosed are disclosed.
[0005]
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open Nos. H5-296412, H5-340273, and H8-128636 have an ignition gas injection hole at the center, and primary and secondary combustion premixes around it. A technology that can achieve low NOx by premixed combustion from ignition to stable combustion with a combustion device with a relatively simple structure by providing gas injection holes concentrically and controlling the fuel supply of these three systems. It is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, with these configurations, for example, an instantaneous transition from maximum output operation to zero output is difficult due to imperfect flame stability, or during a sudden transition from zero output to maximum output operation. There is a problem that the premixed gas concentration in the premixed passage becomes too thick due to a sudden increase in fuel, causing a backfire and the like, and there is a problem that it cannot cope with a load fluctuation of about 1 second.
[0007]
Also, in order to control the amount of combustion air, a mechanism for varying the amount of air is required, and adding a variable air mechanism or the like immediately before the combustor complicates the structure of the combustor, ensuring reliability. There is a problem that miniaturization is difficult.
[0008]
In addition, in the case of a combustor having a plurality of fuel supply systems, there is a problem in that the combustion space is divided and air is distributed to each of them, so that there is less combustion air at the time of ignition and the ignition possible range is limited. In this way, if the possible ignition range is narrow and ignition does not occur, a large amount of premixed gas will flow into the combustor without forming a flame, and it may cause deflagration when ignited thereafter. In order to prevent ignition and ensure reliable ignition without ignition delay and subsequent smooth acceleration, it is necessary to perform advanced combustion control in the ignition system.
[0009]
Further, in the conventional premixed combustor, fluctuations in the intake conditions (pressure and temperature) are not taken into consideration, and it has been difficult to achieve low NOx and high combustion efficiency in a wide operating range. Furthermore, in order to cope with instantaneous deceleration and acceleration, the fuel supply control is complicated in the multi-stage fuel supply premixed combustor, and it is difficult to cope with it.
[0010]
Therefore, the present invention can achieve low NOx and high combustion efficiency in a wide operating range with a simple configuration, despite reliable ignition and start-up, and changes in intake conditions and sudden load fluctuations. It is an object of the present invention to provide a premixed combustor for a gas turbine, its fuel supply control device, and a control method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a premixed combustor for a gas turbine according to the present invention is formed around a substantially cylindrical combustion chamber, a diffusion fuel nozzle disposed in an upstream center portion of the combustion chamber, and a periphery thereof. A premixed combustor for a gas turbine comprising: an air passage communicating with the upstream end of the combustion chamber; and a premixed fuel nozzle for injecting fuel into the air passage, And an air flow path communicating with the upstream, a premix fuel nozzle is disposed upstream of the premix flow path, and the premix flow path is provided with a swirling device that imparts a swirl speed to the passing airflow. A first flow path that is disposed upstream and guides the swirling airflow from the outside toward the axial center; a second flow path that redirects the direction of the airflow that has passed through the first flow path in the axial direction; Decrease gradually and accelerate the airflow that passed through the second flow path in the axial direction Both the angle of the provisions with respect to the axial direction On the outside Spout into the combustion chamber An annular channel A third channel. The diffusion fuel nozzle is disposed at the axial center portion of the third flow path, and an air nozzle hole is disposed between the diffusion fuel nozzle and the annular flow path. It is characterized by.
[0012]
By configuring the air passage in this way, the fuel injected from the premixed fuel nozzle and the air introduced through the air flow path are efficiently mixed by the swirl device. In addition, the generated premixed gas is guided to the axial center direction and gradually accelerated to be turned in the axial direction, so that the premixed flow path having a relatively short space size is uniform both spatially and temporally. Premixed gas is supplied to the combustion chamber. Thereby, a lean premixed flame can be formed and generation of thermal NOx can be suppressed.
[0014]
The flame formed in the combustion chamber is turbulently diffused by the air injected from the air injection holes to promote combustion, and the space temperature distribution in the combustion chamber is kept uniform. In addition, since the diffusion fuel nozzle faces the combustion chamber, there is no time delay of fuel injection into the combustion chamber due to fuel switching when instantaneous deceleration or acceleration is performed. Does not cause overheating.
[0015]
It is more preferable that a plurality of the air nozzle holes are arranged and each air nozzle hole communicates with the air flow path.
[0016]
By arranging the plurality of air injection holes, the flame is separated from the diffusion fuel nozzle, the second flow path outlet, and the wall surface therebetween, thereby suppressing the temperature rise of the wall surface and the like. Furthermore, the cooling effect by the airflow which passes an air nozzle hole is also acquired. In addition, there is an effect that carbon or the like adhering to the end surface around the diffusion fuel nozzle can be blown off.
[0017]
In order to solve the above problems, a fuel supply control device for a gas turbine premixed combustor according to the present invention is a control device that controls the fuel supply of the gas turbine premixed combustor according to the present invention described above, Electromagnetic valves respectively disposed on fuel pipes for supplying fuel to each of the diffusion fuel nozzle and the premixed fuel nozzle, rotation speed variable means for changing the rotation speed of the gas turbine, and opening and closing of each of these solenoid valves Control is performed to switch between diffusion combustion and premixed combustion, and by changing the rotation speed of the gas turbine by means of variable rotation speed, the fuel equivalence ratio or the exhaust gas temperature is maintained constant and the control to respond to the required load And a section.
[0018]
According to this configuration, since diffusion combustion and premixed combustion are selectively used according to operating conditions, unlike the case where both are combined at the same time, it is not necessary to control the ratio of each, so it is relatively simple and low-cost fuel supply The system can be realized. For example, during normal load operation, operation is performed by premixed combustion, and during ignition, unstable combustion, or acceleration / deceleration, operation is performed by diffusion combustion. Low NOx and high combustion efficiency can be achieved.
[0019]
Furthermore, optimal lean combustion can be performed at all times regardless of the intake conditions of the gas turbine compressor, and if the exhaust gas temperature is maintained approximately constant, a power generation system or cogeneration system using a gas turbine can be used. The overall efficiency of the system can be kept relatively high.
[0020]
The fuel supply system further includes pressure feeding means for pressurizing and feeding the fuel, and the controller preferably adjusts the fuel flow rate by controlling the operation of the pressure feeding means. In this way, the driving load required at the time of fuel supply can be minimized.
[0021]
On the other hand, a fuel control method for a premixed combustor for a gas turbine according to the present invention is a fuel control method for a premixed combustor for a gas turbine described above, and supplies fuel to each of a diffusion fuel nozzle and a premixed fuel nozzle. A solenoid valve is arranged on each fuel pipe to switch between diffusion combustion and premixed combustion according to operating conditions by controlling the opening and closing thereof, and both the turbine speed and the exhaust gas temperature are predetermined. When the value is equal to or greater than the threshold value, the fuel supply to the diffusion fuel nozzle is stopped, and only the fuel supply to the premixed fuel nozzle is performed.
[0022]
According to this configuration, since diffusion combustion and premixed combustion are selectively used according to operating conditions, unlike the case where both are combined at the same time, it is not necessary to control the ratio of each, so it is relatively simple and low-cost fuel supply The system can be realized. When both the turbine speed and exhaust gas temperature are above the specified threshold, lean combustion can be continued stably, so operation is performed by premixed combustion, and operation is performed by diffusion combustion at the time of ignition or unstable combustion Thus, it is possible to achieve reliable ignition and startup, low NOx and high combustion efficiency over a wide operating range.
[0023]
Here, during sudden deceleration / acceleration, it is preferable to adjust the fuel flow rate by opening the diffusion fuel solenoid valve and switching the premixed fuel solenoid valve to the closed state. In this way, it is possible to prevent the combustion from becoming unstable due to switching, and it is possible to shift to the required operating state in the shortest time, and it is possible to continue stable combustion.
[0024]
During load operation with premixed combustion, it is possible to measure the compressor outlet pressure and calculate the corresponding fuel flow rate, and to respond to the required load by controlling the turbine speed so that the fuel equivalent ratio or exhaust gas temperature is constant. preferable.
[0025]
In this way, the optimum lean combustion can always be performed without being influenced by the intake conditions of the gas turbine compressor, and if the exhaust gas temperature is maintained substantially constant, the power generation system using the gas turbine and The overall efficiency of the cogeneration system can be maintained at a relatively high level.
[0026]
The solenoid valve arranged on the fuel pipe that supplies fuel to the diffusion fuel nozzle is configured by combining a shut-off valve and a flow rate adjustment valve. When starting the gas turbine, the flow rate adjustment valve is set to a predetermined opening degree. After the turbine rotation speed reaches the predetermined rotation speed, the shut-off valve is opened and fuel supply to the diffusion fuel nozzle is started, ignition is performed by the ignition device, and the turbine rotation speed, exhaust gas temperature, compressor outlet It is preferable to determine the success or failure of ignition from any increase in air pressure and the rate of change thereof.
[0027]
In this way, since the time delay until the fuel supply amount reaches a predetermined flow rate at the start can be reduced, reliable ignition can be performed. And since the success or failure of ignition can be determined reliably, reliable ignition and subsequent smooth acceleration can be realized, and troubles such as deflagration do not occur.
[0028]
It is preferable to adjust the fuel flow rate by controlling a pumping device arranged in the fuel supply system. In this way, the driving load required at the time of fuel supply can be minimized.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the drawings as much as possible, and duplicate descriptions are omitted.
[0030]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a preferred embodiment of a premixed combustor for a gas turbine according to the present invention, and FIG. 2 shows a diffusion fuel nozzle of the combustor and a portion of an air injection hole provided around the nozzle. It is the figure seen from the end surface side.
[0031]
The combustor 2 is a can-type combustor in which a substantially cylindrical inner cylinder 22 is disposed in a substantially cylindrical outer cylinder 21. In FIG. 1, air compressed by the compressor 1 described later is sent from the right end. It leads to the air flow passage 29 which is the space between the outer cylinder 21 and the inner cylinder 22, and leads from its end (right end) 29a to the annular premixing flow path 26 formed inside the end of the inner cylinder 22 together with the fuel. This is a reverse flow type combustor that reverses the flow, guides it into the inner cylinder 22 and burns it, then flows it out from the right end and supplies it to the turbine 3 described later. That is, the inner cylinder 22 is a combustion chamber liner that forms a combustion chamber. The inner cylinder 22 is provided with a dilution hole 30 for introducing combustion air to the inside and diluting the combustion gas.
[0032]
The fuel supply into the combustor 2 is arranged at substantially equal intervals on the circumference of the diffusion fuel nozzle 23 arranged at the axial center of the inner cylinder 22 and the air passage 29a on the upstream side of the premix channel 26. The plurality of premixed fuel nozzles 24 are used. Fuel supply to the nozzles 23 and 24 is performed by two systems of fuel supply pipes L1 and L2, which will be described later, connected to the left end in the outer cylinder 21.
[0033]
A plurality of swirl vanes 27 are arranged at the upstream end of the premix channel 26. The premixed fuel nozzle 24 described above is arranged on the upstream side closest to the swirl vane 27. The swirl vanes 27 are not arranged along the radial direction, but are arranged with a predetermined inclination with the swirl vanes 27. The annular premixing channel 26 is formed with a channel toward the axial center, the upstream introduction portion 26a where the swirl vanes 27 are arranged, the inlet side opens in the radial direction, and the outlet side in the axial direction. A curved portion 26b that is open and connected by a curved flow path, and a central axis that is common to the inner cylinder 22, and gradually decreases the cross-sectional area of the flow path from the upstream side to the downstream side along the axial direction. It is comprised from the pipe line part 26c. The opening 26d into the combustion chamber is an annular opening as shown in FIG. The premixed gas jetted from the annular opening 26d is jetted outward at an angle of about 15 ° to 30 ° with respect to the axial direction as indicated by an arrow A by the pipe 26c and burned. It flows into the chamber 22.
[0034]
A diffusion fuel nozzle 23 is arranged at the center inside the annular opening 26d, and its six injection holes 23a are arranged at equal intervals on the circumference centered on the axial center. Between the nozzle hole 23a and the opening 26, a plurality of nozzle holes 28a communicating with the passage 28 connected to the air passage 29a are arranged on two concentric circles. In the figure, six are arranged on the inner circumferential side and 12 are arranged on the outer circumferential side.
[0035]
Here, the inner diameter D1 and the outer diameter D2 of the opening 26d satisfy the relationship D2 / D1 ≦ 1.5, and D1 is 2 ≦ D3 / D1 with respect to the maximum inner diameter D3 of the combustion chamber, that is, the inner cylinder 22. It is preferable to satisfy the relationship of ≦ 4.
[0036]
FIG. 3 is a schematic view showing a power generation system using a gas turbine using the premixed combustor 2. The combustor 2 is disposed between the compressor 1 and the turbine 3, injects fuel into the air compressed by the compressor 1 and burns it, and rotates the turbine 3 with the obtained high-temperature gas to obtain an output. For example, a generator 4 is connected to the output shaft of the turbine 3 (disposed on the compressor 1 side in the figure). The generator 4 is connected to an inverter 5 that controls the rotational speed.
[0037]
The above-described fuel supply lines L1 and L2 of the combustor 2 are a part of the fuel supply system 6, and on the main pipe L0 connected to the city gas supply pipe, a gas compressor 61, a shut-off valve 62, A fuel adjustment valve 63 is arranged, and is branched into lines L1 and L2 on the downstream side thereof. Further, a line L3 branched from a line L0 extending to the fuel adjustment valve 63 downstream from the shutoff valve 62 is provided, and this line L3 is connected to the line L1 immediately before the combustor 2. A shutoff valve 65 is disposed in the line L1, a shutoff valve 64 is disposed in the line L2, and an orifice 66 and a shutoff valve 67 are disposed in the line L3.
[0038]
An engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 7 that controls the operation of the system includes a pressure gauge 71 that measures the outlet pressure of the compressor 1, a combustor inlet air thermometer 74 that measures the outlet temperature, a turbine In addition to the output of the thermometer 72 that measures the exhaust gas temperature at the 3 outlets, the state signal of the inverter 5 is input, and in addition to the exciter 73 that sparks the spark plug, the valves 62 to 65 and 67 and the gas compressor 61 Control the operation of
[0039]
Next, the operation of the combustor 2 will be described. First, the startup operation will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a time chart showing the control at the start. Hereinafter, unless otherwise specified, control of the control is performed by the ECU 7.
[0040]
Time t 0 , The flow regulating valve 63 is opened to a predetermined opening a with the shut-off valves 62, 64, 65, 67 closed, and the generator 4 connected to the compressor 1 and the turbine 3 is driven as a starting motor. The compressor 1 is started by rotating and the air purge is performed in the turbine 3 and the exhaust duct. At the same time, the gas compressor 61 for supplying fuel is driven. At this time, the shut-off valves 62, 64, 65, and 67 remain closed, and the city gas that is fuel is not supplied to the combustor 2.
[0041]
Then time t 1 The spark plug 25 is intermittently ignited by driving the exciter 73 at or slightly before the point of time.
[0042]
Time t when the supply pressure of the gas compressor 61 reaches the specified pressure and the specified air purge time has elapsed. 2 At this point, the shut-off valves 62, 65, 67 are opened, and fuel supply to the diffusion fuel nozzle 23 via the line L1 is started. At this time, the shutoff valve 64 disposed in the line L2 connected to the premixed fuel nozzle 24 remains closed, and no fuel is supplied to the premixed fuel nozzle 24. The amount of fuel supplied to the diffusion fuel nozzle 23 is controlled by adjusting the opening of the flow rate adjusting valve 63 while controlling the outlet pressure of the gas compressor 61 measured by the pressure gauge 68 to be constant. . The fuel supply amount may be adjusted by making the rotational speed of the gas compressor 61 variable instead of using the flow rate adjusting valve 63.
[0043]
The fuel supplied from the nozzle hole 23a at the tip of the diffusion fuel nozzle 23 is caused by the air flow supplied from the nozzle hole 28a opened on the wall surface located on the axial center side from the opening 26d of the premixing channel 26. It is turbulently diffused and diffused to the periphery of the spark plug 25 to ignite with a spark ignited from the spark plug 25. A relatively small flame generated by the ignition from the spark plug 25 propagates toward the diffusion fuel injection hole 23a, and a swirling air flow ejected in an angular direction of 15 ° to 30 ° from the opening 26d generates a combustion chamber. By being taken in and expanded into the circulating vortex space formed in 22, a stable and steady diffusion flame can be formed. Thereby, a diffusion combustion flame is formed in the inner cylinder 22.
[0044]
Since the diffusion combustion flame formed in this manner is turbulently diffused by the air flow ejected from the nozzle hole 28a, the diffusion combustion flame is separated from the inner wall surface of the inner cylinder 22 and the inner wall surface 22b located on the axial center side from the opening 26d. It is possible to suppress thermal damage to the wall surface 22d and the inner cylinder 22 or carbon adhesion. Further, combustion can be promoted by this turbulent flow effect, and the spatial temperature distribution in the combustion chamber can be made uniform.
[0045]
By the diffusion flame formed in this way, the high-temperature gas obtained in the combustion chamber 22 is guided to the turbine 3 and the turbine 3 is driven, whereby the rotational speed of the turbine 3 increases. By detecting the increase in the rotational speed, it is possible to reliably determine whether the diffusion fuel has been ignited. In addition, when ignition is successful, the temperature of the exhaust gas measured by the thermometer 72 and the outlet pressure of the compressor 1 measured by the pressure gauge 71 rise, and are supplied for driving the motor of the generator 4. Since the power to be generated decreases and eventually the load of power generation increases, the success or failure of ignition may be determined based on these changes.
[0046]
If it is determined that ignition is successful (time t Three ), The amount of fuel supplied to the diffusion fuel nozzle 23 is increased by gradually increasing the opening degree of the flow rate adjusting valve 63. Thus, reliable ignition and smooth start-up can be performed by the diffusion combustion flame.
[0047]
Next, the operation during load operation will be described. FIG. 5 is a graph for explaining a combustion control state with respect to a power generation output when a 50 kW class gas turbine system is configured as the gas turbine power generation system of FIG. 3. After the ignition, the shutoff valves 65 and 67 are both opened and the shutoff valve 64 is controlled to close and the fuel is supplied only from the diffusion fuel nozzle 23 to perform the diffusion combustion operation with the pilot fuel.
[0048]
After reaching the predetermined rotation speed, the shutoff valve 65 is closed and the shutoff valve 64 is opened. The fuel injected from the premix fuel nozzle 24 is guided to the introduction portion 26 a of the premix flow path 26 together with the combustion air sent from the compressor 1 through the passage 29, and swirled by the swirl vanes 27. After being mixed well, the flow direction is turned in the axial direction by the curved portion 26b, and then accelerated by passing through the tubular portion 26c to burn the inner cylinder 22 from the annular opening 26d. It is injected into the room. In this way, a uniform air-fuel mixture is formed in the pre-mixing flow path 26, so that the temporal and spatial distribution of the pre-air mixture injected into the combustion chamber can be made uniform. Further, by adopting such a premixing channel configuration, the object can be achieved with a relatively short space dimension, and the combustor itself can be made compact. The injected premixed gas is ignited by the diffusion flame formed inside thereof, thereby forming a premixed flame. Thus, the pilot-assisted premixed combustion operation is performed by simultaneously forming the premixed flame and the diffusion flame.
[0049]
Further, after the rotational speed increases and the output reaches a predetermined output, the shutoff valve 67 is also closed and the fuel supply to the diffusion fuel nozzle 23 is completely stopped. As a result, complete premixed combustion using only the premixed gas that has passed through the premixed flow path 26 is performed. The formed premixed flame is also turbulently diffused by the air flow ejected from the nozzle hole 28a as in the case of the diffusion flame, and therefore is positioned closer to the axial center than the inner wall surface of the inner cylinder 22 and the opening 26d. It can be separated from the inner wall surface 22b, and thermal damage to the wall surface 22e and the inner cylinder 22 can be suppressed. Further, combustion can be promoted by this turbulent flow effect, and the spatial temperature distribution in the combustion chamber can be made uniform. Moreover, the cooling effect of the inner wall surface 22b by the air which passes the air flow path 29 can also be expected.
[0050]
Here, as described above, when the relationship of D2 / D1 ≦ 1.5 is satisfied, the premixed flame formed inside the opening 26d and the premixed flame formed outside the opening 26d are There is no complete separation in space, and the stability of the flame is maintained and enhanced, so that complete combustion can be performed reliably.
[0051]
Further, when the relationship of D3 / D1 ≦ 4 is satisfied, the inner and outer flames are not significantly separated when the premixed gas supplied from the opening 26d burns in the combustion chamber, and combustion Uniform combustion is possible without wasting space, and the spatial temperature distribution in the combustion chamber can be made uniform. Further, if the relationship of 2 ≦ D3 / D1 is satisfied, the flame does not extend abnormally long in the axial direction, so there is no need to make the combustion chamber elongated, and the combustion chamber liner 22 can be made compact. The effect of suppressing the temperature rise is obtained.
[0052]
During combustion control, the number of revolutions of the generator 4 connected to the compressor 1 is controlled by the inverter 5 so that the optimum supply air amount for the injected fuel is adjusted and the equivalence ratio is kept constant. The combustion temperature can be controlled to be constant.
[0053]
FIG. 6 shows the NOx concentration in the exhaust gas, CO 2 when the inverter 5 is operated with the rotational speed of the generator 4 controlled so that the exhaust gas temperature (corresponding to the combustion temperature) measured by the thermometer 72 is constant. It is a graph showing a density | concentration. In this example, diffusion combustion is used up to an output of 20 kW, pilot premixed combustion is used up to 20 to 42 kW, and complete premixed combustion is used up to 42 kW or more.
[0054]
In the complete premixed combustion region, the NOx concentration is less than 6 ppm, the CO concentration is less than 5 ppm, and the combustion efficiency is more than 99.99% in terms of oxygen concentration of 16%. In the pilot premixed combustion region, the NOx concentration is less than 8 ppm, the CO concentration is less than 90 ppm, and the combustion efficiency is over 99.5%. In the diffusion combustion region, the NOx concentration is less than 75 ppm, the CO concentration is less than 250 ppm, and the combustion efficiency is over 98%. The power generation efficiency is 20 to 28% in the pilot premixed combustion and fully premixed combustion regions of 20 kW to 50 kW, maintaining relatively high power generation efficiency even in partial load operation, and operating at low NOx, low CO, and high combustion efficiency. Was able to do.
[0055]
Here, an example of switching between pilot premixed combustion and complete premixed combustion at about 42 kW has been described. However, the entire high-load region may be operated with pilot premixed combustion or with complete premixed combustion. It may be performed at a low load, for example, 30 kW, or at a higher load.
[0056]
If you want to instantly decelerate from a maximum output of 50 kW to an output of 0 kW, or if you want to accelerate from an output of 0 kW to a maximum output of 50 kW in less than 1 second, open the diffusion fuel solenoid valves 65 and 67. At the same time, by closing the solenoid valve 64 and switching to diffusion combustion instantaneously, a stable diffusion flame can be formed and the transition can be made smoothly and in the shortest time.
[0057]
Next, fuel supply control according to the present invention will be described. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an example of a premix combustor for gas turbine to which fuel supply control of the premix combustor for gas turbine according to the present invention is applied. FIG. It is the figure which looked at from the end surface side.
[0058]
This combustor 2a differs from the combustor 2 shown in FIG. 1 only in the structure of the axial center portion of the combustor. Therefore, description of common parts is omitted, and only different parts are described.
[0059]
In the combustor 2a, the spark plug 25 is disposed in a hole 22a provided at the center of the upstream side of the combustion chamber cylinder 22 (pointing to the left side in the figure). Six injection holes 23a of the diffusion fuel nozzle 23 connected to the fuel supply pipe L1 are arranged on the circumference centering on the hole 22a.
[0060]
FIG. 9 is a schematic view showing a power generation system using a gas turbine using the premixed combustor 2a. The main configuration is the same as that of the gas turbine power generation system shown in FIG. 3, and is different from the system of FIG. 3 in that the line L3 is not provided.
[0061]
First, fuel supply control at startup will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a time chart showing the control at the start. This control is also performed by the ECU 7.
[0062]
Time t 0 , The flow regulating valve 63 is opened to a predetermined opening degree a with the shut-off valve 62 closed, and the compressor 1 is started by driving and rotating the generator 4 as a starter motor. And air purge the exhaust duct. At the same time, the gas compressor 61 for supplying fuel is driven. At this time, the shutoff valves 62, 64, 65 remain closed, and the city gas as fuel is not supplied to the combustor 2.
[0063]
Then time t 1 The spark plug 42 is intermittently ignited by driving the exciter 73 at or shortly before.
[0064]
Time t when the supply pressure of the gas compressor 61 reaches the specified pressure and the specified air purge time has elapsed. 2 At this time, the shutoff valve 65 on the line L1 and the shutoff valve 62 upstream thereof are opened, and the fuel supply to the diffusion fuel nozzle 23 is started. Here, the fuel supply amount is controlled by adjusting the opening degree of the flow rate adjustment valve 63. The fuel supplied from the nozzle hole 23 circulates to the tip of the spark plug 25 by the circulating flow formed in the combustion chamber, and is ignited by the spark ignited from the spark plug 25, so that the diffusion combustion flame is generated in the inner cylinder 22. Formed.
[0065]
By driving the turbine 3 by guiding the high-temperature gas obtained in the combustion chamber 22 to the turbine 3 by the diffusion flame formed in this way, the rotational speed of the turbine 3 increases. By detecting the increase in the rotational speed, it is possible to reliably determine whether the diffusion fuel has been ignited. In addition, when ignition is successful, the temperature of the exhaust gas measured by the thermometer 72 and the outlet pressure of the compressor 1 measured by the pressure gauge 71 rise, and are supplied for driving the motor of the generator 4. Since the power to be generated decreases and eventually the load of power generation increases, the success or failure of ignition may be determined based on these changes.
[0066]
If it is determined that ignition is successful (time t Three ), The amount of fuel supplied to the diffusion fuel nozzle 23 is increased by gradually increasing the opening degree of the flow rate adjusting valve 63. Thus, reliable ignition and smooth start-up can be performed by the diffusion combustion flame.
[0067]
Next, the operation during load operation will be described. When the rotational speed of the turbine 3 becomes equal to or higher than the predetermined rotational speed and the exhaust gas temperature measured by the thermometer 72 reaches a predetermined temperature (for example, 600 ° C.) or higher, the shutoff valve 64 on the line L2 is opened. Fuel supply to the premix fuel nozzle 24 is started.
[0068]
The fuel injected from the premixed fuel nozzle 24 is mixed with the combustion air sent from the compressor 1 through the passage 29 when passing through the premixed flow path 26, and the inner cylinder 22 is connected from the annular outlet 26 a. Are injected into the combustion chamber and ignited by a diffusion flame formed on the inside thereof to form a premixed flame.
[0069]
When the rotation speed of the turbine 3 and the exhaust gas temperature are stable and the ignition of the premixed flame is confirmed, the fuel supply from the diffusion fuel nozzle 23 is stopped by closing the shutoff valve 65 on the line L1 after a predetermined time, and diffusion combustion To switch to premixed combustion.
[0070]
Thus, at the time of switching from diffusion combustion to premixed combustion, both shut-off valves 64 and 65 are temporarily opened to provide an overlap time for supplying fuel from both the diffusion fuel nozzle 23 and the premixed fuel nozzle 24. Thus, the transition (switching) from diffusion combustion to premixed combustion can be performed reliably.
[0071]
After shifting to the premixed combustion, the fuel supply amount is adjusted by the rotation speed of the gas compressor 61 and the flow rate adjusting valve 63 so that the exhaust gas temperature is maintained at a predetermined temperature (for example, 650 ° C.), and the pressure gauge 71 The rotational speed of the generator 4 is controlled by the inverter 5 on the basis of the outlet pressure of the compressor 1 measured in the above, so that the rotational speed of the compressor 1 directly connected to the generator 4 is changed to the injected fuel. Adjust to the optimal supply air volume. Thereby, load operation can be performed so that a desired output can be obtained while keeping the equivalence ratio constant.
[0072]
Since the equivalence ratio is kept almost constant in this way, stable combustion at a lean air-fuel ratio can be performed over a wide operating load range, so high-efficiency combustion with less than 10 ppm (several ppm) low NOx and low CO is possible. Achieved. Further, by adjusting the fuel supply amount using the rotation speed control of the gas compressor 61 and the flow rate adjusting valve 63, the driving load of the gas compressor 61 can be minimized. Here, the adjustment of the fuel supply amount may be performed only by either the rotation speed control of the gas compressor 61 or the opening degree adjustment of the flow rate adjustment valve 63.
[0073]
On the other hand, when the turbine outlet gas temperature falls below a specified temperature level (for example, 600 ° C.), this time, the shutoff valve 65 on the line L1 is opened, fuel is injected from the diffusion fuel nozzle 23, and the premixed flame is injected. A diffusion flame is formed inside. When the rotational speed of the turbine 3 and the exhaust gas temperature are stabilized and the formation of the diffusion flame is confirmed, the supply of the premixed fuel is stopped by closing the shutoff valve 64 on the line L2 after a predetermined time, and the diffusion combustion Finish switching to.
[0074]
In this way, when switching from premixed combustion to diffusion combustion, the transition can be performed smoothly and reliably by switching instantaneously at the same time or by providing an overlap time. Furthermore, in premixed combustion, in a region where combustion is likely to be unstable, diffusion combustion is performed, so that non-combustible fuel is not discharged and CO concentration does not increase, so that stable operation can be performed.
[0075]
The fuel supply control device and control method for a gas turbine premixed combustor according to the present invention are not applied only to the gas turbine premixed combustor as shown in FIGS. And can be applied to various premixed combustors capable of switching premixed combustion.
[0076]
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing another gas turbine premixed combustor 2b to which the present invention can be applied, and FIG. 12 is a view of an upstream end in the combustor as viewed from the downstream side.
[0077]
In this combustor 2b, like the combustor 2 shown in FIGS. 1 and 2, a spark plug 25 is attached to the side of the inner cylinder 22 of the combustor 2b. By arranging the spark plug 25 on the side, the structure in the vicinity of the diffusion fuel nozzle 23 can be simplified, and the manufacturing can be facilitated.
[0078]
The fuel supply control according to the present invention can also be suitably applied to this combustor 2b.
[0079]
Instead of the gas compressor 61 and the fuel adjustment valve 63 constituting part of the fuel supply system 6, the fuel flow rate may be controlled by, for example, a gas compressor having a rotation speed variable mechanism. In the above description, city gas is used as the fuel. However, for example, other gaseous fuels such as LNG, LPG, biomass fuel, or hydrogen, or liquid fuel can be used in the same manner.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the premixed combustor for a gas turbine of the present invention, uniform premixed gas is burned spatially and temporally in a premixed flow path having an axially symmetric configuration and a relatively short space size. Since it can be supplied to the chamber, the overall size of the combustor can be made compact, and a lean premixed flame can be formed to suppress the generation of thermal NOx.
[0081]
Further, according to the fuel control method according to the present invention, since the diffusion combustion and the premixed combustion are switched in accordance with the operation conditions in the same combustor, the operation can always be performed under the optimum conditions, and NOx, CO Emissions can be reduced. Further, since switching can be performed only by electromagnetic valve control, it is possible to cope with instantaneous deceleration and acceleration, and the structure of the fuel supply system can be simplified. Therefore, reliable ignition and start-up are possible.
[0082]
Furthermore, by adjusting the rotational speed of the gas turbine, the air flow rate is adjusted, and the fuel flow rate is adjusted to maintain combustion at a constant equivalence ratio or combustion temperature regardless of the load. Stable combustion with low NOx is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an example of a premixed combustor for a gas turbine according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a combustion chamber inlet portion in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic view of a co-generation system using the premixed combustor of FIG. 1;
4 is a flowchart for explaining an operation at the time of startup of the system of FIG. 3;
FIG. 5 is a graph for explaining a combustion control state with respect to a power generation output in the system of FIG. 3;
6 is a graph showing NOx concentration and CO concentration in exhaust gas in the system of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a premixed combustor for a gas turbine to which a fuel supply control device according to the present invention is applied.
8 is a view showing a combustion chamber inlet portion in FIG. 7; FIG.
FIG. 9 is a schematic view of a cogeneration system using a gas turbine to which a fuel supply control device according to the present invention is applied.
10 is a time chart when the system of FIG. 9 is started up.
FIG. 11 is a view showing another example of a premixed combustor for a gas turbine to which a fuel supply control device according to the present invention is applied.
12 is a view showing a combustion chamber inlet portion in FIG. 11. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Premix combustor, 3 ... Turbine, 4 ... Generator, 5 ... Inverter, 6 ... Fuel supply system, 7 ... ECU, 21 ... Outer cylinder, 22 ... Inner cylinder (combustion chamber liner), DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Diffusion fuel nozzle, 24 ... Premix fuel nozzle, 25 ... Spark plug, 26 ... Premix flow path, 29 ... Air flow path, 61 ... Gas compressor, 62, 64, 65 ... Shut-off valve, 63 ... Flow control valve .

Claims (10)

略円筒形の燃焼室と、前記燃焼室の上流側中央部に配置されている拡散燃料ノズルと、その周囲に形成され、前記燃焼室の上流端に連通する空気通路と、該空気通路内に燃料を噴射する予混合燃料ノズルと、を備えるガスタービン用予混合燃焼器であって、
前記空気通路は、予混合流路と、この上流に連通する空気流路とから構成され、該予混合流路の上流に前記予混合燃料ノズルが配置されるとともに、前記予混合流路は、通過する気流に旋回速度を付与する旋回装置が上流側に配置されており、旋回気流を外側から軸中心方向へ導く第1流路と、前記第1流路を通過した気流の方向を軸方向へ転向させる第2流路と、流路面積を徐々に減少させて前記第2流路を通過した気流を軸方向に加速するとともに軸方向に対して規定の角度で外側へ向けて前記燃焼室内へと噴出させる環状流路である第3流路とから構成されており、前記第3流路の軸中心部分に前記拡散燃料ノズルが配置されるとともに、前記拡散燃料ノズルと前記環状流路との間に空気噴孔が配置されていることを特徴とするガスタービン用予混合燃焼器。
A substantially cylindrical combustion chamber; a diffusion fuel nozzle disposed in an upstream central portion of the combustion chamber; an air passage formed therearound and communicating with an upstream end of the combustion chamber; and in the air passage A premixed combustor for a gas turbine comprising a premixed fuel nozzle for injecting fuel,
The air passage is composed of a premixing flow path and an air flow path communicating with the upstream, the premixing fuel nozzle is disposed upstream of the premixing flow path, and the premixing flow path includes: A swirling device that imparts a swirling speed to the passing airflow is disposed on the upstream side, a first flow path that guides the swirling airflow from the outside toward the axial center, and the direction of the airflow that has passed through the first flow path is the axial direction A second flow path that is turned to the outside, and gradually reduces the flow path area to accelerate the airflow that has passed through the second flow path in the axial direction and toward the outside at a specified angle with respect to the axial direction. A third flow path that is an annular flow path that is ejected to the center, and the diffusion fuel nozzle is disposed at an axial center portion of the third flow path, and the diffusion fuel nozzle and the annular flow path Antofagasta, characterized in that the air Kibuki holes are arranged between the Premixed combustors bottle.
前記規定の角度は15°〜30°であることを特徴とする請求項1記載のガスタービン用予混合燃焼器。The premixed combustor for a gas turbine according to claim 1, wherein the specified angle is 15 ° to 30 ° . 前記空気噴孔が複数配置され、各空気噴孔は、前記空気流路に連通されている請求項1または2のいずれかに記載のガスタービン用予混合燃焼器。The premixed combustor for a gas turbine according to claim 1, wherein a plurality of the air injection holes are arranged, and each air injection hole communicates with the air flow path. 請求項1〜3記載のいずれかのガスタービン用予混合燃焼器の燃料供給を制御する制御装置であって、
前記拡散燃料ノズルと予混合燃料ノズルの各々に燃料を供給する燃料配管上にそれぞれ配置されている電磁弁と、
ガスタービンの回転数を可変する回転数可変手段と、
前記電磁弁それぞれの開閉を制御することで拡散燃焼と予混合燃焼の切り替えを行うとともに、前記回転数可変手段によりガスタービンの回転数を変更することで、燃料当量比あるいは排ガス温度を一定に維持しつつ要求負荷に対応させる制御部と、
を備えているガスタービン用予混合燃焼器の燃料供給制御装置。
A control device for controlling fuel supply of the premixed combustor for a gas turbine according to any one of claims 1 to 3 ,
Solenoid valves respectively disposed on fuel pipes for supplying fuel to each of the diffusion fuel nozzle and the premix fuel nozzle;
A rotation speed variable means for changing the rotation speed of the gas turbine;
Switching between diffusion combustion and premixed combustion is controlled by controlling the opening and closing of each solenoid valve, and the fuel equivalence ratio or exhaust gas temperature is kept constant by changing the rotation speed of the gas turbine by the rotation speed variable means. While controlling the required load,
A fuel supply control device for a premixed combustor for a gas turbine.
燃料供給系には燃料を加圧して圧送する圧送手段がさらに配置されており、
前記制御部は、前記圧送手段の作動を制御することで燃料流量を調整する請求項4記載のガスタービン用予混合燃焼器の燃料供給制御装置。
The fuel supply system is further provided with a pumping means for pressurizing and feeding the fuel,
The fuel supply control device for a premixed combustor for a gas turbine according to claim 4, wherein the control unit adjusts a fuel flow rate by controlling an operation of the pumping means.
請求項1〜3のいずれかに記載のガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法において、
前記拡散燃料ノズルと予混合燃料ノズルの各々に燃料を供給する燃料配管上にはそれぞれ電磁弁が配置されており、その開閉を制御することで拡散燃焼と予混合燃焼とを運転条件に応じて切り替えるとともに、
タービン回転数と、排ガス温度とがともに所定の閾値以上の場合には、拡散燃料ノズルへの燃料供給を停止して、予混合燃料ノズルへの燃料供給のみを行うガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法。
In the fuel control method of the premixed combustor for gas turbines in any one of Claims 1-3 ,
Solenoid valves are respectively arranged on fuel pipes for supplying fuel to each of the diffusion fuel nozzle and the premixed fuel nozzle, and by controlling the opening and closing thereof, diffusion combustion and premixed combustion are performed according to operating conditions. As well as switching
When both the turbine speed and the exhaust gas temperature are equal to or higher than a predetermined threshold, the fuel supply to the diffusion fuel nozzle is stopped and only the fuel supply to the premix fuel nozzle is performed. Fuel control method.
急減速・急加速時に拡散燃料の電磁弁を開にするとともに、予混合燃料の電磁弁を閉に切り換えることで燃料流量を調整する請求項6記載のガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法。  7. The fuel control method for a premixed combustor for a gas turbine according to claim 6, wherein the fuel flow rate is adjusted by opening the electromagnetic valve of the diffusion fuel during sudden deceleration / acceleration and switching the electromagnetic valve of the premixed fuel closed. . 予混合燃焼による負荷運転時には、圧縮機出口圧力あるいは燃焼室入口温度を計測して対応する燃料流量を算出し、燃料当量比あるいは排ガス温度が一定となるようタービン回転数を制御することで要求負荷に対応させる請求項6あるいは7のいずれかに記載のガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法。  During load operation with premixed combustion, the required load is calculated by measuring the compressor outlet pressure or combustion chamber inlet temperature, calculating the corresponding fuel flow rate, and controlling the turbine speed so that the fuel equivalent ratio or exhaust gas temperature is constant. The fuel control method for a premixed combustor for a gas turbine according to any one of claims 6 and 7, wherein the fuel control method corresponds to. 拡散燃料ノズルへ燃料を供給する燃料配管上に配置されている電磁弁は、遮断弁と流量調整弁とを組み合わせて構成されており、ガスタービンの始動時には、流量調整弁を所定の開度に設定し、タービン回転数が所定の回転数に達した後に遮断弁を開いて前記拡散燃料ノズルへの燃料供給を開始して、点火装置による着火を行うとともに、タービン回転数、排ガス温度、圧縮機出口空気圧力のいずれかの上昇とその変化率から着火の成否を判定する請求項6〜8のいずれかに記載のガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法。  The solenoid valve arranged on the fuel pipe that supplies fuel to the diffusion fuel nozzle is configured by combining a shut-off valve and a flow rate adjustment valve. When starting the gas turbine, the flow rate adjustment valve is set to a predetermined opening degree. After the turbine rotation speed reaches a predetermined rotation speed, the shut-off valve is opened and fuel supply to the diffusion fuel nozzle is started, ignition is performed by an ignition device, and the turbine rotation speed, exhaust gas temperature, compressor The fuel control method for a premixed combustor for a gas turbine according to any one of claims 6 to 8, wherein the success or failure of ignition is determined from any increase in outlet air pressure and the rate of change thereof. 燃料供給系に配置された圧送装置を制御することで燃料流量を調整する請求項6〜9のいずれかに記載のガスタービン用予混合燃焼器の燃料制御方法。  The fuel control method for a premixed combustor for a gas turbine according to any one of claims 6 to 9, wherein the fuel flow rate is adjusted by controlling a pumping device disposed in the fuel supply system.
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