JP5159741B2 - Control device for gas turbine combustor and control method for gas turbine combustor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for a gas turbine combustor, which avoids a problem in the reliability of the gas turbine combustor caused by a variation in the concentration of hydrogen in fuel and also maintains low NOx combustion performance. <P>SOLUTION: A burner provided to the gas turbine combustor includes a pilot burner performing diffusion combustion bearing flame stabilizing of the whole combustor and a plurality of the main burner provided on the peripheral side of the pilot burner and performing premixed combustion for performing low NOx combustion. A pilot fuel supply system supplying fuel to the pilot burner and the main fuel supply system supplying fuel to the main burners are provided. At least the main fuel system supplying fuel to the main burners is provided with a hydrogen concentration detector detecting the concentration of hydrogen contained in fuel. A controller is installed for controlling the distribution of the flow rate of fuel supplied to the pilot burner through the pilot fuel supply system and the flow rate of fuel supplied to the main burners through the main fuel supply system, based on the detected concentration of hydrogen. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、ガスタービンプラントに設置されたガスタービン燃焼器の燃料流量制御に関し、特に燃料組成に水素を含む燃料によって運転される予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法に関する。   The present invention relates to fuel flow control of a gas turbine combustor installed in a gas turbine plant, and more particularly to a control device for a premixed combustion type gas turbine combustor operated by a fuel containing hydrogen in the fuel composition, and the gas turbine combustor. Relates to the control method.

近年、発電コスト低減や資源有効利用のほか地球温暖化防止の観点からも、石油製油所で発生するオフガスや製鉄プロセスで発生するコークス炉ガス(COG:Coke Oven Gas、以下COGと略記する)などの水素(H)を含む副生ガスを発電用ガスタービンに用いられるガスタービン燃焼器の燃料として有効利用することが求められている。 In recent years, from the viewpoint of reducing power generation costs and effective use of resources, as well as preventing global warming, off-gas generated at petroleum refineries and coke oven gas (COG) generated by iron-making processes (COG) are abbreviated. The by-product gas containing hydrogen (H 2 ) is required to be effectively used as a fuel for a gas turbine combustor used in a power generation gas turbine.

また、豊富な資源である石炭を酸素でガス化して発電する石炭ガス化発電プラント(IGCC:Integrated coal Gasification Combined Cycle、以下IGCCと略記する)では地球温暖化防止の観点より、石炭ガス化発電プラントのガスタービンに供給される燃料中の炭素分を分離・回収するシステムが国内外で検討されている。しかも地球環境保護の観点から石炭ガス化発電プラントの発電効率の向上と汚染排出物質の低減も強く求められている。   In addition, a coal gasification power plant (IGCC: Integrated coal Gasification Combined Cycle, hereinafter abbreviated as IGCC) that generates electricity by gasifying abundant resources of coal with oxygen is used from the viewpoint of preventing global warming. A system for separating and recovering carbon content in fuel supplied to gas turbines in Japan is being studied both at home and abroad. In addition, from the viewpoint of global environmental protection, there is a strong demand for improving the power generation efficiency of coal gasification power plants and reducing pollutant emissions.

これらのガスタービン発電プラントでは製油所オフガスやCOGで燃料成分の30%〜60%、二酸化炭素分離回収付IGCCプラントでは燃料のほとんどの成分が水素となる。水素は燃焼速度が速いため、ガスタービン燃焼器内で火炎が燃焼器構造物に接近し信頼性上の問題を引き起こす可能性がある。   In these gas turbine power plants, 30% to 60% of the fuel components are produced by refinery off-gas and COG, and in the IGCC plant with carbon dioxide separation and recovery, most of the fuel components are hydrogen. Since hydrogen has a high burning rate, the flame may approach the combustor structure in the gas turbine combustor and cause reliability problems.

また、製油所のオフガスやCOGのみならず、IGCCプラントも二酸化炭素回収率の変化によって大きく水素濃度が変化するため、状況によって燃焼速度が増加してガスタービン構造物に火炎が接近し信頼性上の問題を引き起こすことに対処する対策が求められる。   In addition to refinery off-gas and COG, the IGCC plant also has a large change in hydrogen concentration due to changes in the carbon dioxide recovery rate. Therefore, the combustion speed increases depending on the situation, and the flame approaches the gas turbine structure. Measures to cope with causing this problem are required.

上記の課題のうち、水素濃度の変化に対処する技術の一例として特開2007−113487号公報には水素を燃料組成に含む低カロリーガス燃料において、ガスタービン負荷が急落した場合に、別途、水素ガスの必要量を燃料ガスに供給するようにしてガスタービンの失火を回避して燃焼器での安定燃焼を維持する技術が開示されている。   Among the above problems, as an example of a technique for coping with a change in the hydrogen concentration, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-113487 discloses a hydrogen gas that contains hydrogen in the fuel composition. A technique for maintaining a stable combustion in a combustor by avoiding misfire of a gas turbine by supplying a necessary amount of gas to a fuel gas is disclosed.

特開2007−113487号公報JP 2007-113487 A

しかしながら、特開2007−113487号公報に開示されている技術は、ガスタービン負荷が急落した場合に必要最小出力を維持するものであり、広範な負荷範囲に対して水素濃度の変動に対処する技術は開示されていない。   However, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-113487 maintains a necessary minimum output when the gas turbine load suddenly drops, and is a technique for dealing with fluctuations in hydrogen concentration over a wide load range. Is not disclosed.

水素は燃焼速度が速いため、ガスタービン燃焼器内で形成される火炎が燃焼器構造物に接近した場合は信頼性上の問題を引き起こす可能性が高い。   Since hydrogen has a high burning rate, it is likely to cause reliability problems when the flame formed in the gas turbine combustor approaches the combustor structure.

また、ガスタービン燃焼器の構造物に火炎の接近が起きないようにガスタービン燃焼器を設計した場合であっても、製油所のオフガスやCOGのみならず、IGCCプラントも二酸化炭素回収率の変化によって燃料ガスに含まれる水素濃度が大きく変化するため、水素濃度の変化の状況に応じてガスタービン燃焼器の構造物に火炎が接近することに対処することが求められる。   Even if the gas turbine combustor is designed so that the flame does not approach the structure of the gas turbine combustor, not only the refinery off-gas and COG, but also the IGCC plant changes the carbon dioxide recovery rate. Therefore, it is required to cope with the approach of the flame to the structure of the gas turbine combustor according to the change state of the hydrogen concentration.

燃料ガスに含まれる水素濃度の変化に対してガスタービン燃焼器の信頼性を確保する燃焼方式としては、ガスタービン燃焼器の燃焼室に直接燃料のみを投入し、燃焼室内で燃料と空気の混合を行う拡散燃焼方式が有力であるが、この燃焼方式では最も燃焼しやすい混合気に対して火炎が形成されるため火炎温度が高くなり窒素酸化物(NOx)排出量が増大しやすい。   As a combustion method to ensure the reliability of the gas turbine combustor against changes in the hydrogen concentration contained in the fuel gas, only the fuel is directly injected into the combustion chamber of the gas turbine combustor, and the fuel and air are mixed in the combustion chamber. However, in this combustion method, a flame is formed with respect to the air-fuel mixture that is most combustible, so that the flame temperature becomes high and the amount of nitrogen oxide (NOx) emission tends to increase.

地球環境保護の観点からは二酸化炭素削減の他に、酸性雨や光化学スモッグの主要な原因物質となるNOxの低減も重要であり、幅広い水素濃度の変動に対応し、かつ低NOx燃焼を行うガスタービン燃焼器の燃焼方式が必要となっている。   From the viewpoint of protecting the global environment, in addition to reducing carbon dioxide, it is also important to reduce NOx, which is the main cause of acid rain and photochemical smog, and it is a gas that responds to a wide range of hydrogen concentration fluctuations and performs low NOx combustion. A combustion method for a turbine combustor is required.

一方、低NOx燃焼を行うには燃料と空気を予め燃料が量論混合比よりも希薄となるよう混合してガスタービン燃焼器に供給する予混合燃焼方式が有力であるが、この予混合燃焼方式ではガスタービン燃焼器の燃焼室に流入する前から可燃範囲の混合気が形成されているため、燃料ガスに含まれる水素濃度が変化すると燃焼室で形成される火炎の位置がガスタービン燃焼器の構造物に接近するのでガスタービン燃焼器の信頼性上の問題を引き起こす可能性が高くなる。   On the other hand, in order to perform low NOx combustion, a premixed combustion method in which fuel and air are mixed in advance so that the fuel becomes leaner than the stoichiometric mixture ratio and supplied to the gas turbine combustor is effective. In this method, since the air-fuel mixture in the combustible range is formed before flowing into the combustion chamber of the gas turbine combustor, the position of the flame formed in the combustion chamber changes when the hydrogen concentration contained in the fuel gas changes. This approach increases the potential for gas turbine combustor reliability problems.

本発明の目的は、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に用いた場合に、水素濃度の変動に起因して形成される火炎がガスタービン燃焼器の構造物に接近して信頼性上の問題を引き起こすことを回避すると共に、低NOx燃焼性能を維持し得る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法を提供することにある。   The object of the present invention is to use a gas turbine combustor in which the hydrogen concentration in the fuel varies, and the flame formed due to the variation in the hydrogen concentration approaches the structure of the gas turbine combustor. It is an object of the present invention to provide a premixed combustion type gas turbine combustor control device and a gas turbine combustor control method capable of avoiding causing reliability problems and maintaining low NOx combustion performance.

また本発明のガスタービン燃焼器の制御装置は、燃料組成に水素を含む燃料と、燃料組成に水素を含まない起動用燃料を燃焼するバーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、ガスタービン燃焼器に備えた前記バーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成し、ガスタービン燃焼器のバーナに燃料を供給する燃料系統として前記パイロットバーナに燃料組成に水素を含まない起動用燃料を供給するパイロット燃料供給系統と前記メインバーナに燃料組成に水素を含む燃料を供給するメイン燃料供給系統をそれぞれ配設し、前記メインバーナは複数の燃料ノズルと前記燃料ノズルに対応して空気プレートに形成された複数の空気孔とが同軸に構成されて該前記メインバーナの内周側と外周側とに配置された同軸ノズルバーナを構成しており、前記メイン燃料供給系統は前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する内周側メイン燃料供給系統と、前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する外周側メイン燃料供給系統とを備えており、前記メイン燃料系統に燃料に含まれる水素濃度を検出する水素濃度検出器を設け、前記水素濃度検出器で検出した燃料に含まれる水素濃度の値に基づいて外周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量と、前記内周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量との配分を制御する制御装置を設置したことを特徴とする。 A control device for a gas turbine combustor according to the present invention is a control device for a gas turbine combustor comprising a burner that burns a fuel containing hydrogen in a fuel composition and a starting fuel that does not contain hydrogen in the fuel composition. The burner provided in the combustor is a pilot burner that performs diffusion combustion for holding the flame of the entire gas turbine combustor, and a main burner that is installed on the outer peripheral side of the pilot burner and performs premixed combustion that performs low NOx combustion A fuel system for supplying fuel to the burner of the gas turbine combustor, a pilot fuel supply system for supplying startup fuel that does not contain hydrogen to the pilot burner, and hydrogen for the fuel composition to the main burner A main fuel supply system for supplying the fuel containing the fuel, and the main burner is connected to a plurality of fuel nozzles and the fuel nozzles. A plurality of air holes formed in the air plate are coaxially configured to configure a coaxial nozzle burner disposed on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the main burner, and the main fuel supply system includes the An inner peripheral main fuel supply system for supplying fuel to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner, and an outer peripheral main fuel supply system for supplying fuel to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner, A hydrogen concentration detector for detecting the hydrogen concentration contained in the fuel is provided in the main fuel system, and the main burner is connected to the main burner through the outer main fuel supply system based on the value of the hydrogen concentration contained in the fuel detected by the hydrogen concentration detector. The flow rate of fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side and the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner through the inner peripheral main fuel supply system Characterized in that installed a control device for controlling the distribution of the flow rate of the fuel supplied.

また本発明のガスタービン燃焼器の制御装置は、石炭から石炭ガスを生成する石炭ガス化炉と、石炭ガス化炉で生成した石炭ガスから二酸化炭素と水素を生成するシフト反応器と、石炭ガス化炉で生成した石炭ガスとシフト反応器で生成した水素とを含んだ石炭ガス化燃料を燃焼するガスタービン燃焼器を有するガスタービンを備えた二酸化炭素回収付IGCCプラントであって、燃料組成に水素を含む燃料と、燃料組成に水素を含まない起動用燃料を燃焼するバーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、ガスタービン燃焼器に備えた前記バーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成し、ガスタービン燃焼器のバーナに燃料を供給する燃料系統として前記パイロットバーナに燃料組成に水素を含まない起動用燃料を供給するパイロット燃料供給系統と前記メインバーナに燃料組成に水素を含む燃料を供給するメイン燃料供給系統をそれぞれ配設し、前記メインバーナは複数の燃料ノズルと前記燃料ノズルに対応して空気プレートに形成された複数の空気孔とが同軸に構成されて該前記メインバーナの内周側と外周側とに配置された同軸ノズルバーナを構成しており、前記メイン燃料供給系統は前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する内周側メイン燃料供給系統と、前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する外周側メイン燃料供給系統とを備えており、前記メイン燃料系統に燃料に含まれる水素濃度を検出する水素濃度検出器を設け、前記水素濃度検出器で検出した燃料に含まれる水素濃度の値に基づいて外周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量と、前記内周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量との配分を制御する制御装置を設置したことを特徴とする。 The control device for the gas turbine combustor of the present invention includes a coal gasification furnace that generates coal gas from coal, a shift reactor that generates carbon dioxide and hydrogen from the coal gas generated in the coal gasification furnace, and a coal gas An IGCC plant with carbon dioxide recovery comprising a gas turbine having a gas turbine combustor that combusts coal gasified fuel containing coal gas produced in a chemical reactor and hydrogen produced in a shift reactor, In a control apparatus for a gas turbine combustor comprising a fuel containing hydrogen and a burner that burns a starting fuel that does not contain hydrogen in the fuel composition, the burner provided in the gas turbine combustor is used for flame holding of the entire gas turbine combustor. A pilot burner that performs diffusion combustion, and a main burner that is installed on the outer peripheral side of the pilot burner and performs premixed combustion that performs low NOx combustion And a fuel system that supplies fuel to the pilot burner as a fuel system that supplies fuel to the burner of the gas turbine combustor, and a fuel that contains hydrogen in the fuel composition in the main burner. The main burner has a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes formed in an air plate corresponding to the fuel nozzles, and the main burner is configured to be coaxial. A coaxial nozzle burner arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the main fuel supply system, the main fuel supply system is an inner peripheral main fuel supply system for supplying fuel to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner, An outer peripheral main fuel supply system that supplies fuel to a coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner, and the main fuel system The hydrogen concentration detector for detecting the concentration of hydrogen contained in the fuel is provided, wherein the hydrogen concentration detector in the outer circumferential side of the main burner through the outer peripheral side main fuel supply system based on the value of the hydrogen concentration in the fuel detected coaxial A control device is provided for controlling distribution of the flow rate of fuel supplied to the nozzle burner and the flow rate of fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner through the inner peripheral side main fuel supply system. And

また本発明のガスタービン燃焼器の制御方法は、ガスタービン燃焼器に備えたバーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成して、燃料組成に水素を含む燃料を前記バーナで燃焼するガスタービン燃焼器の制御方法において、ガスタービン燃焼器に備えた前記バーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成されており、ガスタービン燃焼器のバーナに燃料を供給する燃料系統として前記パイロットバーナに燃料組成に水素を含まない起動用燃料を供給するパイロット燃料供給系統と前記メインバーナに燃料組成に水素を含む燃料を供給するメイン燃料供給系統をそれぞれ配設し、前記メインバーナは複数の燃料ノズルと前記燃料ノズルに対応して空気プレートに形成された複数の空気孔とが同軸に構成されて該前記メインバーナの内周側と外周側とに配置された同軸ノズルバーナによって構成されており、前記メイン燃料供給系統として前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する内周側メイン燃料供給系統と、前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する外周側メイン燃料供給系統とが配設されており、前記メイン燃料系統に設けた水素濃度検出器によって燃料に含まれる水素濃度を検出し、前記水素濃度検出器で検出した燃料に含まれる水素濃度の値に基づいて外周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量と、前記内周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量との配分を制御する制御装置を設置したことを特徴とする。 In the gas turbine combustor control method according to the present invention, a plurality of burners provided in the gas turbine combustor are installed on the outer peripheral side of the pilot burner that performs diffusion combustion for holding the flame of the entire gas turbine combustor. And a main burner that performs premixed combustion that performs low NOx combustion, and in the method for controlling a gas turbine combustor that burns fuel containing hydrogen in the fuel composition by the burner, the burner provided in the gas turbine combustor Is composed of a pilot burner that performs diffusion combustion that bears flame holding of the entire gas turbine combustor, and a main burner that performs premixed combustion that performs low-NOx combustion by installing a plurality of pilot burners on the outer peripheral side of the pilot burner, As a fuel system for supplying fuel to the burner of the gas turbine combustor, the pilot burner is supplied with startup fuel that does not contain hydrogen in the fuel composition. A pilot fuel supply system and a main fuel supply system for supplying fuel containing hydrogen in the fuel composition to the main burner, and the main burner is formed in an air plate corresponding to the plurality of fuel nozzles and the fuel nozzles A plurality of air holes formed coaxially and configured by a coaxial nozzle burner disposed on an inner peripheral side and an outer peripheral side of the main burner, and the inner peripheral side of the main burner as the main fuel supply system An inner peripheral main fuel supply system for supplying fuel to the coaxial nozzle burner, and an outer peripheral main fuel supply system for supplying fuel to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner. detecting a concentration of hydrogen contained in the fuel by providing the hydrogen concentration detector, concentrated hydrogen contained in the fuel detected by the hydrogen concentration detector The flow rate of fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner through the outer peripheral side main fuel supply system based on the value of, and the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner through the inner peripheral side main fuel supply system A control device for controlling distribution with the flow rate of the supplied fuel is provided.

本発明によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に用いた場合に、水素濃度の変動に起因して形成される火炎がガスタービン燃焼器の構造物に接近して信頼性上の問題を引き起こすことを回避すると共に、低NOx燃焼性能を維持し得る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。   According to the present invention, when a fuel with varying hydrogen concentration contained in fuel is used in a gas turbine combustor, the flame formed due to the variation in hydrogen concentration approaches the structure of the gas turbine combustor. Thus, it is possible to realize a premixed combustion type gas turbine combustor control device and a gas turbine combustor control method capable of avoiding a problem in reliability and maintaining low NOx combustion performance.

本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置が適用されるガスタービン発電プラントの概略構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic block diagram of the gas turbine power plant to which the control apparatus of the gas turbine combustor which is 1st Example of this invention is applied. 図1に示した第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置の詳細構成図。The detailed block diagram of the control apparatus of the gas turbine combustor which is 1st Example shown in FIG. 図2に示した第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置によって制御した場合の燃料流量の変化をガスタービン運転回転数およびガスタービン負荷に対して示した制御特性図。FIG. 3 is a control characteristic diagram showing a change in fuel flow rate with respect to a gas turbine operating rotational speed and a gas turbine load when controlled by the control device for the gas turbine combustor according to the first embodiment shown in FIG. 2. 図2に示した第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置によって制御した場合の定格負荷における水素濃度の変化に対する燃料供給量の配分の変化の状況を示す特性図。The characteristic view which shows the condition of the change of distribution of the fuel supply quantity with respect to the change of the hydrogen concentration in the rated load at the time of controlling by the control apparatus of the gas turbine combustor which is 1st Example shown in FIG. 本発明の第2実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置が適用されるガスタービン発電プラントの概略構成図。The schematic block diagram of the gas turbine power plant to which the control apparatus of the gas turbine combustor which is 2nd Example of this invention is applied. 図5に示した第2実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置の詳細構成図。The detailed block diagram of the control apparatus of the gas turbine combustor which is 2nd Example shown in FIG. 本発明の第3実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置が適用されるガスタービン発電プラントの概略構成図。The schematic block diagram of the gas turbine power plant to which the control apparatus of the gas turbine combustor which is 3rd Example of this invention is applied. 図7に示した第3実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置の詳細構成図。The detailed block diagram of the control apparatus of the gas turbine combustor which is 3rd Example shown in FIG. 図7に示した第3実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置によって制御した場合の定格負荷における水素濃度の変化に対するメインバーナ内外周の燃料配分の変化の状況を示す特性図。The characteristic view which shows the condition of the change of the fuel distribution of the outer periphery of a main burner with respect to the change of the hydrogen concentration in the rated load at the time of controlling by the control apparatus of the gas turbine combustor which is 3rd Example shown in FIG. 本発明の第4実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置が適用される二酸化炭素回収付IGCCプラントの概略構成図。The schematic block diagram of the IGCC plant with a carbon dioxide recovery to which the control apparatus of the gas turbine combustor which is 4th Example of this invention is applied. 図10に示した第4実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置の詳細構成図。The detailed block diagram of the control apparatus of the gas turbine combustor which is the 4th Example shown in FIG.

本発明の実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図面を用いて以下に説明する。   A gas turbine combustor control apparatus and a gas turbine combustor control method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図1、図2および図3を用いて説明する。図1は本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置が適用されるガスタービン発電プラントの構成を示した概略図である。   A gas turbine combustor control apparatus and a gas turbine combustor control method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine power plant to which a control device for a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention is applied.

図1において、ガスタービン発電プラントは圧縮機5により外気を吸入して圧縮し、圧縮機5で圧縮した圧縮空気10をガスタービンの車室7に導いて燃焼用空気12としてガスタービン燃焼器1aに供給し、このガスタービン燃焼器1aで外部から供給される燃料14と燃焼用空気12とを燃焼させて発生させた高温高圧の燃焼ガス13をタービン6に流入させて回転動力を取り出し、発電機30を駆動して発電する。   In FIG. 1, a gas turbine power plant takes in and compresses outside air by a compressor 5 and introduces compressed air 10 compressed by the compressor 5 to a casing 7 of the gas turbine to be used as combustion air 12 in a gas turbine combustor 1a. The high-temperature and high-pressure combustion gas 13 generated by burning the fuel 14 and the combustion air 12 supplied from the outside by the gas turbine combustor 1a is caused to flow into the turbine 6 to extract the rotational power, thereby generating power. The machine 30 is driven to generate electricity.

ガスタービン燃焼器1aは燃焼器外筒2の内部には内側に燃焼室1を形成する燃焼器ライナー3が設置されており、燃料14と燃焼用空気12とを前記燃焼器ライナー3の内部の燃焼室1で燃焼させて高温高圧の燃焼ガス13を形成する円筒構造となっている。   In the gas turbine combustor 1 a, a combustor liner 3 that forms a combustion chamber 1 is installed inside a combustor outer cylinder 2, and fuel 14 and combustion air 12 are fed into the combustor liner 3. It has a cylindrical structure that is combusted in the combustion chamber 1 to form a high-temperature and high-pressure combustion gas 13.

前記ガスタービン燃焼器1aの燃焼器ライナー3は、円筒形状の燃焼器出口とタービン6の静翼入口形状とを滑らかに連結するために設置された燃焼器尾筒4によってタービン6と取り合っている。   The combustor liner 3 of the gas turbine combustor 1a is in contact with the turbine 6 by a combustor tail cylinder 4 installed to smoothly connect a cylindrical combustor outlet and a stationary blade inlet shape of the turbine 6. .

ガスタービン燃焼器1aの燃焼に用いられる燃焼用空気12は、燃焼器外筒2と燃焼器ライナー3との間に形成された環状の空間を通って供給されるが、ガスタービン燃焼器1aの頭部先端に設けた燃焼器エンドカバー8によってせき止められ、燃焼器ライナー3の外周に多数開口した燃焼用空気孔からパイロットバーナ及びメインバーナ23にそれぞれ流入する。   Combustion air 12 used for combustion of the gas turbine combustor 1a is supplied through an annular space formed between the combustor outer cylinder 2 and the combustor liner 3, and the combustion air 12 of the gas turbine combustor 1a is supplied. It is dammed by the combustor end cover 8 provided at the tip of the head, and flows into the pilot burner and the main burner 23 from the combustion air holes opened in the outer periphery of the combustor liner 3.

ガスタービン燃焼器1aの燃焼に用いられる水素を含む燃料14は、燃焼器エンドカバー8外部からエンドカバー8内部に設けた分配流路を通ってパイロットバーナ22及びメインバーナ23に配分される。   The fuel 14 containing hydrogen used for combustion in the gas turbine combustor 1a is distributed from the outside of the combustor end cover 8 to the pilot burner 22 and the main burner 23 through a distribution channel provided inside the end cover 8.

本実施例に示すガスタービン燃焼器1aでは、中央に拡散燃焼方式を採用したパイロットバーナ22が設置され、このパイロットバーナ22の外周側に予混合燃焼方式を採用したメインバーナ23を複数個配置した構造となっている。   In the gas turbine combustor 1a shown in the present embodiment, a pilot burner 22 adopting a diffusion combustion method is installed in the center, and a plurality of main burners 23 adopting a premix combustion method are arranged on the outer peripheral side of the pilot burner 22. It has a structure.

水素を含む燃料14は燃料圧縮機101によって燃焼器内圧力より高い圧力まで加圧され、遮断弁103を備えた燃料供給系統14aに供給される。   The fuel 14 containing hydrogen is pressurized to a pressure higher than the combustor pressure by the fuel compressor 101 and supplied to the fuel supply system 14 a provided with the shut-off valve 103.

この水素を含む燃料14の水素濃度は燃料圧縮機101で加圧された燃料14を供給する燃料供給系統14aに設けた水素濃度検知手段102によって検出され、検出された燃料14の水素濃度検出値がガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御する燃料供給制御装置100に入力される。   The hydrogen concentration of the fuel 14 containing hydrogen is detected by the hydrogen concentration detecting means 102 provided in the fuel supply system 14a that supplies the fuel 14 pressurized by the fuel compressor 101, and the detected hydrogen concentration detection value of the fuel 14 is detected. Is input to the fuel supply control device 100 that controls the combustion of the gas turbine combustor 1a.

燃料供給系統14aは途中から拡散燃焼方式を採用したパイロットバーナ22に燃料を供給するパイロット燃料供給系統122と、予混合燃焼方式を採用したメインバーナ23に燃料を供給するメイン燃料供給系統123に分かれて水素を含む燃料14を供給する。   The fuel supply system 14a is divided into a pilot fuel supply system 122 for supplying fuel to the pilot burner 22 adopting the diffusion combustion method and a main fuel supply system 123 for supplying fuel to the main burner 23 adopting the premixed combustion method. Then, the fuel 14 containing hydrogen is supplied.

パイロット燃料供給系統122にはパイロット燃料圧力調整弁105及びその下流側に位置するパイロット燃料流量調整弁106が備えられている。   The pilot fuel supply system 122 is provided with a pilot fuel pressure adjustment valve 105 and a pilot fuel flow rate adjustment valve 106 located downstream thereof.

メイン燃料供給系統123には同様にメイン燃料供給圧力調整弁107及びその下流側に位置するメイン燃料流量調整弁108が備えられている。   Similarly, the main fuel supply system 123 is provided with a main fuel supply pressure adjusting valve 107 and a main fuel flow rate adjusting valve 108 located downstream thereof.

前記制御装置100によるガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御するために、この制御装置100で演算した指令信号(詳細については後述する)に基づいて、パイロット燃料圧力調整弁105及びパイロット燃料流量調整弁106の開度を調節してパイロット燃料供給系統122を通じてパイロットバーナ22に供給する燃料の流量を制御すると共に、メイン燃料圧力調整弁107及びメイン燃料流量調整弁108の開度を調節してメイン燃料供給系統123を通じてメインバーナ23に供給する燃料の流量を制御するように構成されている。   In order to control the combustion of the gas turbine combustor 1a by the control device 100, based on a command signal (details will be described later) calculated by the control device 100, a pilot fuel pressure adjustment valve 105 and a pilot fuel flow rate adjustment valve The amount of fuel supplied to the pilot burner 22 through the pilot fuel supply system 122 is controlled by adjusting the opening of the fuel 106, and the amounts of the main fuel pressure adjusting valve 107 and the main fuel flow adjusting valve 108 are adjusted to adjust the main fuel. The flow rate of the fuel supplied to the main burner 23 through the supply system 123 is controlled.

本実施例のガスタービン燃焼器1aでは燃料14の緊急遮断応答性を確保するため遮断弁103を独立して燃料供給系統14aに設置しているが、燃料供給系統の簡素化のために燃料遮断弁103の機能をパイロット燃料圧力調整弁105およびメイン燃料圧力調整弁107に持たせても良い。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, the shutoff valve 103 is independently installed in the fuel supply system 14a in order to ensure the emergency shutoff response of the fuel 14, but in order to simplify the fuel supply system, the fuel shutoff is performed. The function of the valve 103 may be provided to the pilot fuel pressure adjustment valve 105 and the main fuel pressure adjustment valve 107.

図2は図1に示した第1実施例であるガスタービン発電プラントに備えられたガスタービン燃焼器の燃焼を制御する制御装置の詳細を示す構成図である。   FIG. 2 is a block diagram showing details of a control device for controlling the combustion of the gas turbine combustor provided in the gas turbine power plant according to the first embodiment shown in FIG.

図2に示したガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御する制御装置100には基準燃料流量演算器305が設置されており、この基準燃料流量演算器305によって運転指令信号301とガスタービンの回転数信号302を参照して定まる目標運転状態に対する状態から燃料流量の指令値を演算し、この基準燃料流量演算器305で演算された燃料流量の指令値に基づいて前記パイロット燃料圧力調整弁105及びパイロット燃料流量調整弁106、並びに前記メイン燃料圧力調整弁107及びメイン燃料流量調整弁108の開度をそれぞれ調節してガスタービン燃焼器1aのパイロットバーナ22及びメインバーナ23に供給する燃料の流量をそれぞれ調節することにより、ガスタービン発電プラントのガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御してガスタービン回転数および発電負荷を所望の状態に制御して運転する。   The control device 100 for controlling the combustion of the gas turbine combustor 1a shown in FIG. 2 is provided with a reference fuel flow rate calculator 305. The reference fuel flow rate calculator 305 uses the operation command signal 301 and the rotational speed of the gas turbine. A fuel flow command value is calculated from a state relative to a target operating state determined with reference to the signal 302, and the pilot fuel pressure adjusting valve 105 and the pilot are calculated based on the fuel flow command value calculated by the reference fuel flow rate calculator 305. The flow rate of the fuel supplied to the pilot burner 22 and the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a by adjusting the opening of the fuel flow rate adjusting valve 106, the main fuel pressure adjusting valve 107 and the main fuel flow rate adjusting valve 108, respectively. Controlling the combustion of the gas turbine combustor 1a of the gas turbine power plant by adjusting Gas turbine speed and the power load is operated to control the desired state Te.

詳細に説明すると、運転指令信号301及びガスタービンの回転数信号302に基づいて前記制御装置100に設けた基準燃料流量演算器305によって演算され出力された基準ガスタービン投入燃料信号306の一方は、パイロット燃料供給信号315を演算する演算系統を構成するパイロット燃料制限器314に入力して該パイロット燃料制限器314にて演算したパイロット燃料供給信号315を出力するように構成されると共に、メイン燃料供給信号325を演算する演算系統を構成する基準メイン燃料流量演算器307及びメイン燃料制限器321に入力して該メイン燃料制限器321にて演算したメイン燃料供給信号325を出力するように構成される。   More specifically, one of the reference gas turbine input fuel signal 306 calculated and output by the reference fuel flow rate calculator 305 provided in the control device 100 based on the operation command signal 301 and the gas turbine speed signal 302 is: The pilot fuel supply signal 315 is input to a pilot fuel limiter 314 that constitutes a calculation system for calculating, and the pilot fuel supply signal 315 calculated by the pilot fuel limiter 314 is output, and the main fuel supply The main fuel supply signal 325 calculated by the main fuel limiter 321 is input to the reference main fuel flow rate calculator 307 and the main fuel limiter 321 constituting the calculation system for calculating the signal 325. .

パイロット燃料供給信号315を演算するためには、図1に示す燃料供給系統14aに設けた水素濃度検知器102によって検知した水素濃度信号304を入力して前記制御装置100に設置した投入燃料水素濃度バイアス算出器308により算出した基準ガスタービン投入燃料信号補正値309と、前記基準燃料流量演算器305により算出した基準ガスタービン投入燃料信号306とを加算器310で加算することによって、燃料14に含まれた水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を補正したガスタービン投入燃料信号311を算出する。   In order to calculate the pilot fuel supply signal 315, the hydrogen concentration signal 304 detected by the hydrogen concentration detector 102 provided in the fuel supply system 14a shown in FIG. The reference gas turbine input fuel signal correction value 309 calculated by the bias calculator 308 and the reference gas turbine input fuel signal 306 calculated by the reference fuel flow rate calculator 305 are added by the adder 310 to be included in the fuel 14. Then, a gas turbine input fuel signal 311 is calculated in which the variation in the fuel heat generation amount accompanying the change in the hydrogen concentration is corrected.

この加算器310で加算したガスタービン投入燃料信号311に対してさらに減算器312によって前記基準メイン燃料流量演算器307とメイン燃料制限器321で演算したメイン燃料供給信号325を減算してパイロット燃料供給元信号313に変換し、このパイロット燃料供給元信号313を制御装置100に設置したパイロット燃料制限器314に入力して該パイロット燃料制限器314の演算によってパイロット燃料供給信号315がガスタービンの運転状態および燃料14の水素濃度によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるように該パイロット燃料制限器314にて補正演算し、このパイロット燃料制限器314からパイロット燃料供給信号315を出力するように構成している。   The subtractor 312 further subtracts the main fuel supply signal 325 calculated by the reference main fuel flow rate calculator 307 and the main fuel limiter 321 from the gas turbine input fuel signal 311 added by the adder 310 to supply pilot fuel. The pilot fuel supply source signal 313 is input to a pilot fuel limiter 314 installed in the control device 100, and the pilot fuel supply signal 315 is calculated by the operation of the pilot fuel limiter 314. The pilot fuel limiter 314 performs a correction operation so that the pilot fuel supply signal becomes a value between the upper limit and the lower limit of the pilot fuel supply signal determined by the hydrogen concentration of the fuel 14, and the pilot fuel supply signal 315 is output from the pilot fuel limiter 314. It is configured to do.

そして、この演算したパイロット燃料供給信号315に基づいて制御装置100から指令信号をパイロット燃料供給系統122に設置したパイロット燃料圧力調整弁105及びパイロット燃料流量調整弁106に伝達してこれらのパイロット燃料圧力調整弁105及びパイロット燃料流量調整弁106の開度を調節し、パイロット燃料供給系統122を通じてパイロットバーナ22に供給する燃料流量を制御する。   Then, based on the calculated pilot fuel supply signal 315, a command signal is transmitted from the control device 100 to the pilot fuel pressure adjustment valve 105 and the pilot fuel flow rate adjustment valve 106 installed in the pilot fuel supply system 122, and these pilot fuel pressures are transmitted. The flow rate of fuel supplied to the pilot burner 22 through the pilot fuel supply system 122 is controlled by adjusting the opening degrees of the adjustment valve 105 and the pilot fuel flow rate adjustment valve 106.

パイロット燃料制限器314に対する水素濃度バイアス329は水素濃度信号304を入力として制御装置100に設置したパイロット燃料制限補正値演算器328で算出して前記パイロット燃料制限器314に入力するように構成されている。   The hydrogen concentration bias 329 with respect to the pilot fuel limiter 314 is configured to be calculated by a pilot fuel limit correction value calculator 328 installed in the control device 100 with the hydrogen concentration signal 304 as an input and input to the pilot fuel limiter 314. Yes.

一方、前記制御装置100に設けた基準燃料流量演算器305によって演算されて出力された基準ガスタービン投入燃料信号306の他方は、メイン燃料供給信号325を演算するために設置された基準メイン燃料流量演算器307に入力し、該基準メイン燃料流量演算器307によって基準ガスタービン投入燃料信号306に基づいて基準メイン燃料流量316を演算する。   On the other hand, the other of the reference gas turbine input fuel signal 306 calculated and output by the reference fuel flow rate calculator 305 provided in the control device 100 is the reference main fuel flow rate installed to calculate the main fuel supply signal 325. The reference main fuel flow rate calculator 307 calculates the reference main fuel flow rate 316 based on the reference gas turbine input fuel signal 306.

さらに水素濃度検知器102によって燃料14中の水素濃度を検出した水素濃度信号304を入力してメイン燃料水素濃度バイアス算出器317により算出されたメイン燃料流量補正値318と、前記基準メイン燃料流量316とを加算器319で加算して、水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を補正したメイン燃料元流量320を算出する。   Further, the hydrogen concentration signal 304 obtained by detecting the hydrogen concentration in the fuel 14 by the hydrogen concentration detector 102 is input, the main fuel flow rate correction value 318 calculated by the main fuel hydrogen concentration bias calculator 317, and the reference main fuel flow rate 316. Are added by the adder 319 to calculate the main fuel source flow rate 320 in which the variation in the fuel heat generation amount accompanying the change in the hydrogen concentration is corrected.

予混合燃焼方式を採用したメインバーナ23では燃料14と燃焼用空気12を予め混合してからガスタービン燃焼器1aのガスタービン燃焼室1に供給するため、安定な燃焼状態を得るためには燃料流量に上限値と下限値が存在し、かつその範囲が拡散燃焼を採用したパイロットバーナ22よりも狭い特徴がある。   In the main burner 23 adopting the premixed combustion method, the fuel 14 and the combustion air 12 are mixed in advance and then supplied to the gas turbine combustion chamber 1 of the gas turbine combustor 1a. There is an upper limit value and a lower limit value in the flow rate, and the range is narrower than that of the pilot burner 22 adopting diffusion combustion.

この安定な燃焼状態を得る範囲は燃料14に含まれる水素濃度により変化するので、前記制御装置100に設置したメイン燃料制限器321にて前記メイン燃料供給元流量320に基づいて演算したメイン燃料流量を、上記の安定範囲内の燃料流量になるように水素濃度検知器102によって検知された高い濃度の水素濃度信号304を入力して前記制御装置100に設置したメイン燃料安定範囲算出器326で燃焼の安定範囲を算出して得たメイン燃料安定範囲バイアス327を該メイン燃料制限器321に入力して補正したメイン燃料流量信号322を算出する。   Since the range in which this stable combustion state is obtained changes depending on the hydrogen concentration contained in the fuel 14, the main fuel flow rate calculated based on the main fuel supply source flow rate 320 by the main fuel limiter 321 installed in the control device 100. Is input to the high concentration hydrogen concentration signal 304 detected by the hydrogen concentration detector 102 so that the fuel flow rate is within the above stable range, and burned by the main fuel stable range calculator 326 installed in the control device 100. The main fuel stable range bias 327 obtained by calculating the stable range is input to the main fuel limiter 321 and the corrected main fuel flow rate signal 322 is calculated.

ガスタービン燃焼器1aのメインバーナ23は上記のように安定して運用できる範囲が狭いため、ガスタービン運転計画とガスタービン運転回転数302を参照して前記制御装置100に設置した比較器323でメインバーナ23の運用可否を判定し、運用可能であればメイン燃料流量信号322を、運用不可能であれば燃料流量0を信号切替器324によって切り替えてメイン燃料供給信号325として前記制御装置100から指令信号として出力する。   Since the range in which the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a can be stably operated is narrow as described above, the comparator 323 installed in the control device 100 with reference to the gas turbine operation plan and the gas turbine operation rotational speed 302 is used. It is determined whether or not the main burner 23 can be operated. If the main burner 23 is operable, the main fuel flow rate signal 322 is switched by the signal switch 324 and the main fuel supply signal 325 is switched from the control device 100. Output as command signal.

このメイン燃料供給信号325に基づいてガスタービン燃焼器1aのメイン燃料圧力調整弁107およびメイン燃料流量調整弁108の開度を調節してメイン燃料供給系統123をじてメインバーナ23に供給する燃料流量を制御する。   The fuel supplied to the main burner 23 through the main fuel supply system 123 by adjusting the opening of the main fuel pressure adjusting valve 107 and the main fuel flow rate adjusting valve 108 of the gas turbine combustor 1 a based on the main fuel supply signal 325. Control the flow rate.

図3は図2に示した第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置によって制御した場合の燃料流量の変化をガスタービン運転回転数およびガスタービン負荷に対して示した制御特性図を示している。図3の特性図からは上述のように予混合燃焼方式を採用したガスタービン燃焼器1aのメインバーナ23は安定に運用できる範囲が拡散燃焼方式を採用したパイロットバーナ22に比較して狭いので、ガスタービン燃焼器1aに供給する燃料14の燃料流量がガスタービンの回転数が定格まで昇速して所定の流量値GfSWに到達するまではパイロットバーナ22単独でガスタービン燃焼器1aを起動する。 FIG. 3 is a control characteristic diagram showing changes in the fuel flow rate with respect to the gas turbine operating rotational speed and the gas turbine load when controlled by the control device of the gas turbine combustor according to the first embodiment shown in FIG. ing. From the characteristic diagram of FIG. 3, the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a employing the premixed combustion method as described above has a narrower range that can be stably operated than the pilot burner 22 employing the diffusion combustion method. fuel flow rate of the fuel 14 supplied to the gas turbine combustor 1a activates the gas turbine combustor 1a rotational speed of the gas turbine with speed increasing up to the rated pilot burner 22 alone until it reaches a predetermined flow rate value Gf SW .

そして、供給する燃料14の燃料流量が前記流量値GfSWよりも増加した以降の定格負荷までのガスタービン燃焼器1aの運転は予混合燃焼方式を採用したNOx排出量の小さいメインバーナ23への燃料供給Gfがほとんどを占め、パイロットバーナ22には保炎に必要な最低限の燃料流量Gfを供給する運転形態となっている。 Then, the operation of the gas turbine combustor 1a up to the rated load after the fuel flow rate of the supplied fuel 14 increases from the flow rate value Gf SW is applied to the main burner 23 with a small NOx emission amount employing the premixed combustion method. The fuel supply Gf M occupies most, and the pilot burner 22 is configured to supply the minimum fuel flow rate Gf P necessary for flame holding.

図4は図2に示した第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置100によって制御した場合の定格負荷における水素濃度の変化に対する燃料供給量の配分の変化の状況を示す特性図である。   FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in the distribution of the fuel supply amount with respect to the change in the hydrogen concentration at the rated load when controlled by the control device 100 for the gas turbine combustor according to the first embodiment shown in FIG. .

図4の横軸は燃料14に含まれた水素濃度であり、縦軸はガスタービン燃焼器1aのパイロットバーナ22とメインバーナ23との全体に供給される燃料14のうち、パイロットバーナ22に供給される燃料の割合をパイロット燃料比率として示している。   4 is the hydrogen concentration contained in the fuel 14, and the vertical axis is supplied to the pilot burner 22 out of the fuel 14 supplied to the entire pilot burner 22 and main burner 23 of the gas turbine combustor 1a. The ratio of the fuel to be used is shown as the pilot fuel ratio.

図4の特性図において、燃料14に含まれる水素濃度が低い場合には燃焼速度が遅く、ガスタービン燃焼器1aのガスタービン燃焼室1内に形成される火炎の位置はガスタービン燃焼室1内の下流側に流されるので、より強く保炎しないと火炎が吹き消えを起こし、大量の未燃排出物を発生するなどの問題が起きる可能性がある。   In the characteristic diagram of FIG. 4, when the hydrogen concentration contained in the fuel 14 is low, the combustion speed is slow, and the position of the flame formed in the gas turbine combustion chamber 1 of the gas turbine combustor 1 a is in the gas turbine combustion chamber 1. If the flame is not held stronger, the flame will blow out and problems such as generating a large amount of unburned emissions may occur.

このため燃料14に含まれる水素濃度が低い場合には拡散燃焼方式を採用したパイロットバーナ22により多くの燃料を供給するようにバイアスがかかり、結果としてパイロット燃料比率はPM_aまで増加する。   For this reason, when the hydrogen concentration contained in the fuel 14 is low, a bias is applied so that more fuel is supplied to the pilot burner 22 adopting the diffusion combustion method, and as a result, the pilot fuel ratio increases to PM_a.

しかしながらこの場合には燃料14に含まれる水素濃度が低いので予混合燃焼方式を採用しているメインバーナ23でのNOx排出量が小さいだけでなく、拡散燃焼方式のパイロットバーナ22でも火炎の集中の度合いが弱まるのでNOx排出量が大きく増大することがない。   However, in this case, the concentration of hydrogen contained in the fuel 14 is low, so that not only the NOx emission amount in the main burner 23 adopting the premixed combustion method is small, but also the diffusion burnup type pilot burner 22 causes the concentration of flame. Since the degree decreases, the NOx emission amount does not increase greatly.

燃料14に含まれる水素濃度が増加すると燃焼速度が速くなるのでガスタービン燃焼室1内に形成される火炎の位置が徐々にガスタービン燃焼室1内の上流側に移動するので、吹き消えの可能性が小さくなる。   As the concentration of hydrogen contained in the fuel 14 increases, the combustion speed increases, so the position of the flame formed in the gas turbine combustion chamber 1 gradually moves to the upstream side in the gas turbine combustion chamber 1, so that it can be blown out. The sex becomes smaller.

そこで、予混合燃焼方式を採用しているメインバーナ23には、より多くの燃料を供給し、拡散燃焼方式を採用したパイロットバーナ22には燃料の供給を減少させるので、パイロットバーナ22に供給する保炎のための燃料流量はPM_bまで削減することができ、拡散燃焼方式のパイロットバーナ22において最も燃焼が容易な条件で燃焼する燃料量が減少するので排出NOxがさらに減少する。   Therefore, more fuel is supplied to the main burner 23 adopting the premixed combustion method, and the fuel supply is reduced to the pilot burner 22 adopting the diffusion combustion method. The fuel flow rate for flame holding can be reduced to PM_b, and the amount of fuel burned in the diffusion combustion type pilot burner 22 under the condition that the combustion is the easiest is reduced, so that the NOx emission is further reduced.

水素濃度検知器102によって検出する燃料14中の水素濃度信号304が減少した場合には、前記制御装置100に設けた投入燃料水素濃度バイアス算出器308によって基準ガスタービン投入燃料信号補正値309を演算し、基準燃料流量演算器305で演算した基準ガスタービン投入燃料信号306に対して加算器310にてこの基準ガスタービン投入燃料信号補正値309を加算することで、燃料14に含まれた水素濃度の減少に伴う燃料発熱量の変動を補正したガスタービン投入燃料信号311を算出する。   When the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 detected by the hydrogen concentration detector 102 decreases, the reference gas turbine input fuel signal correction value 309 is calculated by the input fuel hydrogen concentration bias calculator 308 provided in the control device 100. Then, the reference gas turbine input fuel signal correction value 309 is added by the adder 310 to the reference gas turbine input fuel signal 306 calculated by the reference fuel flow rate calculator 305, so that the hydrogen concentration contained in the fuel 14 is increased. The gas turbine input fuel signal 311 is calculated by correcting the fluctuation of the fuel heat generation amount accompanying the decrease in the fuel gas.

この補正されたガスタービン投入燃料信号311は減算器312によって基準メイン燃料流量演算器307とメイン燃料制限器321で演算したメイン燃料供給信号325を減算してパイロット燃料供給元信号313に変換し、このパイロット燃料供給元信号313をパイロット燃料制限器314に入力して該パイロット燃料制限器314の演算によってパイロット燃料供給信号315がガスタービンの運転状態および燃料14の水素濃度によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるように該パイロット燃料制限器314にて補正演算し、このパイロット燃料制限器314からパイロット燃料供給信号315を出力する。   The corrected gas turbine input fuel signal 311 is subtracted by the subtractor 312 from the main fuel supply signal 325 calculated by the reference main fuel flow rate calculator 307 and the main fuel limiter 321 and converted into a pilot fuel supply source signal 313, This pilot fuel supply source signal 313 is input to the pilot fuel limiter 314, and the pilot fuel supply signal 315 is determined by the operation of the pilot fuel limiter 314 and the pilot fuel supply signal determined by the operating state of the gas turbine and the hydrogen concentration of the fuel 14 The pilot fuel limiter 314 performs a correction operation so that the value is between the upper limit and the lower limit, and a pilot fuel supply signal 315 is output from the pilot fuel limiter 314.

また、水素濃度検知器102によって検出する燃料14中の水素濃度信号304が増加した場合に、前記制御装置100に設けたメイン燃料水素濃度バイアス算出器317によってメイン燃料流量補正値318を演算し、基準ガスタービン投入燃料信号306に基づいて基準メイン燃料流量演算器307にて演算された基準メイン燃料流量316に対して加算器319で前記メイン燃料流量補正値318を加算して水素濃度の減少に伴う燃料発熱量の変動を補正したメイン燃料元流量320を算出する。   When the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 detected by the hydrogen concentration detector 102 increases, the main fuel hydrogen concentration bias calculator 317 provided in the control device 100 calculates the main fuel flow rate correction value 318, An adder 319 adds the main fuel flow rate correction value 318 to the reference main fuel flow rate 316 calculated by the reference main fuel flow rate calculator 307 based on the reference gas turbine input fuel signal 306 to reduce the hydrogen concentration. A main fuel source flow rate 320 is calculated by correcting the accompanying fuel heat generation amount fluctuation.

このメイン燃料元流量320は次にメイン燃料制限器321によって上記の安定範囲内の燃料流量になるようにメイン燃料安定範囲算出器326で燃焼の安定範囲を算出して得たメイン燃料安定範囲バイアス327を入力して補正したメイン燃料流量信号322を算出し、比較器323でメインバーナ23の運用可否の判定に基づいた信号切替器324を経由してこのメイン燃料流量信号322をメイン燃料供給信号325として前記制御装置100から指令信号として出力する。   Next, the main fuel stable range bias obtained by calculating the stable range of combustion by the main fuel stable range calculator 326 so that the main fuel original flow rate 320 becomes the fuel flow rate within the above stable range by the main fuel limiter 321. 327 is input to calculate the corrected main fuel flow rate signal 322, and the comparator 323 calculates the main fuel flow rate signal 322 via the signal switch 324 based on the determination of whether or not the main burner 23 can be operated. As 325, it outputs from the said control apparatus 100 as a command signal.

即ち、上記説明のように制御することによって、燃料14中の水素濃度信号304が減少した場合には、基準燃料流量演算器305で演算した基準ガスタービン投入燃料信号306に対して、投入燃料水素濃度バイアス算出器308で演算した基準ガスタービン投入燃料信号補正値309を加算したガスタービン投入燃料信号311を得るが、これがパイロット燃料供給元信号313を経由してパイロットバーナ22に供給するパイロット燃料の指令となるパイロット燃料供給信号315となって、このパイロット燃料供給信号315を増加させるように働く。   That is, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 is decreased by the control as described above, the input fuel hydrogen is compared with the reference gas turbine input fuel signal 306 calculated by the reference fuel flow rate calculator 305. A gas turbine input fuel signal 311 obtained by adding the reference gas turbine input fuel signal correction value 309 calculated by the concentration bias calculator 308 is obtained, and the pilot fuel supplied to the pilot burner 22 via the pilot fuel supply source signal 313 is obtained. The pilot fuel supply signal 315 is a command, and the pilot fuel supply signal 315 is increased.

更に、基準ガスタービン投入燃料信号306に基づいて基準メイン燃料流量演算器307で演算した基準メイン燃料流量316に対して、メイン燃料水素濃度バイアス算出器317で演算したメイン燃料流量補正値318を加算してメイン燃料元流量320を得るが、これがメインバーナ23に供給するメイン燃料の指令となるメイン燃料供給信号325となって、このメイン燃料供給信号325を減少させるように働く。   Further, the main fuel flow rate correction value 318 calculated by the main fuel hydrogen concentration bias calculator 317 is added to the reference main fuel flow rate 316 calculated by the reference main fuel flow rate calculator 307 based on the reference gas turbine input fuel signal 306. Thus, a main fuel source flow rate 320 is obtained, which becomes a main fuel supply signal 325 that serves as a command for the main fuel supplied to the main burner 23, and acts to decrease the main fuel supply signal 325.

この結果、前記メイン燃料供給信号325に対するパイロット燃料供給信号315の燃料比率が増加するので、燃料中の水素濃度が減少した場合でもガスタービン燃焼器の燃焼は安定燃焼範囲内に制御することが可能となり、ガスタービン燃焼器の安定燃焼を実現することができる。   As a result, the fuel ratio of the pilot fuel supply signal 315 to the main fuel supply signal 325 increases, so that the combustion of the gas turbine combustor can be controlled within the stable combustion range even when the hydrogen concentration in the fuel decreases. Thus, stable combustion of the gas turbine combustor can be realized.

これに対して水素濃度検知器102によって検出する燃料14中の水素濃度信号304が増加した場合には、前記制御装置100に設けたメイン燃料安定範囲算出器326によって燃焼の安定範囲を算出したメイン燃料安定範囲バイアス327を演算し、このメイン燃料安定範囲バイアス327を前記メイン燃料制限器321に入力して補正したメイン燃料流量信号322を得ている。   On the other hand, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 detected by the hydrogen concentration detector 102 increases, the main fuel stable range calculator 326 provided in the control device 100 calculates the stable combustion range. A fuel stable range bias 327 is calculated, and the main fuel stable range bias 327 is input to the main fuel limiter 321 to obtain a corrected main fuel flow rate signal 322.

前記メイン燃料流量信号322は信号切替器324を経由してメイン燃料供給信号325として出力され、制御装置100の信号切替器324から出力されたこのメイン燃料供給信号325に基づいてメイン燃料供給系統123に設置したメイン燃料圧力調整弁107及びメイン燃料流量調整弁108の開度を調節してメイン燃料供給系統123を通じてメインバーナ23に供給する燃料の流量が減少するように制御している。   The main fuel flow rate signal 322 is output as a main fuel supply signal 325 via a signal switch 324, and the main fuel supply system 123 is based on the main fuel supply signal 325 output from the signal switch 324 of the control device 100. The flow rate of the fuel supplied to the main burner 23 through the main fuel supply system 123 is controlled by adjusting the opening degree of the main fuel pressure adjustment valve 107 and the main fuel flow rate adjustment valve 108 installed in the main fuel supply system 123.

また、水素濃度検知器102によって検出する燃料14中の水素濃度信号304が増加した場合に、前記制御装置100に設けたパイロット燃料制限補正値演算器328によって燃焼バランスを調節するパイロット燃料制限器水素濃度バイアス329を演算し、このパイロット燃料制限器水素濃度バイアス329を前記パイロット燃料制限器314に入力して該パイロット燃料制限器314にて運転状態によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるようにパイロット燃料供給信号315を演算して出力する。   Further, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 detected by the hydrogen concentration detector 102 increases, the pilot fuel limiter hydrogen that adjusts the combustion balance by the pilot fuel limit correction value calculator 328 provided in the control device 100. A concentration bias 329 is calculated, and this pilot fuel limiter hydrogen concentration bias 329 is input to the pilot fuel limiter 314 and between the upper limit and the lower limit of the pilot fuel supply signal determined by the operating condition in the pilot fuel limiter 314 The pilot fuel supply signal 315 is calculated and output so as to be a value.

そして前記制御装置100のパイロット燃料制限器314から出力されたこのパイロット燃料供給信号315に基づいてパイロット燃料供給系統122に設置したパイロット燃料圧力調整弁105及びパイロット燃料流量調整弁106の開度を調節してパイロット燃料供給系統122を通じてパイロットバーナ22に供給する燃料の流量も減少するように制御している。   Based on the pilot fuel supply signal 315 output from the pilot fuel limiter 314 of the control device 100, the opening degrees of the pilot fuel pressure adjustment valve 105 and the pilot fuel flow rate adjustment valve 106 installed in the pilot fuel supply system 122 are adjusted. Thus, the flow rate of the fuel supplied to the pilot burner 22 through the pilot fuel supply system 122 is also controlled to decrease.

即ち、上記説明のように制御することによって、燃料14中の水素濃度信号304が増加した場合には、基準ガスタービン投入燃料信号306に基づいて基準メイン燃料流量演算器307で演算した基準ガスタービン投入燃料信号306に対して、メイン燃料安定範囲算出器326で燃焼の安定範囲を算出して得たメイン燃料安定範囲バイアス327を入力してメイン燃料流量信号322を算出し、比較器323でメインバーナ23の運用可否の判定に基づいた信号切替器324を経由してこのメイン燃料流量信号322がメイン燃料供給信号325となるので、前記メイン燃料供給信号325を増加するように働く。   That is, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 is increased by the control as described above, the reference gas turbine calculated by the reference main fuel flow rate calculator 307 based on the reference gas turbine input fuel signal 306 is used. The main fuel stable range bias 327 obtained by calculating the stable range of combustion by the main fuel stable range calculator 326 is input to the input fuel signal 306 to calculate the main fuel flow rate signal 322, and the comparator 323 Since the main fuel flow signal 322 becomes the main fuel supply signal 325 via the signal switch 324 based on the determination as to whether or not the burner 23 can be operated, the main fuel supply signal 325 works to increase.

更に、基準燃料流量演算器305で演算した基準ガスタービン投入燃料信号306に基づいたパイロット燃料供給元信号313に対して、パイロット燃料制限補正値演算器328で演算した燃焼バランスを調節するパイロット燃料制限器水素濃度バイアス329をパイロット燃料制限器314に入力し、このパイロット燃料制限器314にて運転状態によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるように、前記パイロット燃料供給元信号313に基づいてパイロット燃料供給信号315を演算して出力するので、前記パイロット燃料供給信号315を減少するように働く。   Further, the pilot fuel limit for adjusting the combustion balance calculated by the pilot fuel limit correction value calculator 328 with respect to the pilot fuel supply source signal 313 based on the reference gas turbine input fuel signal 306 calculated by the reference fuel flow rate calculator 305. The hydrogen concentration bias 329 is input to the pilot fuel limiter 314, and the pilot fuel supply source signal is adjusted so that the pilot fuel limiter 314 has a value between the upper limit and the lower limit of the pilot fuel supply signal determined by the operating state. Since the pilot fuel supply signal 315 is calculated and output based on 313, the pilot fuel supply signal 315 functions to decrease.

この結果、前記メイン燃料供給信号325に対するパイロット燃料供給信号315の燃料比率が減少するので、燃料中の水素濃度が増加した場合はガスタービン燃焼器の燃焼火炎の位置を燃焼室内の下流側に移動させることが可能となり、ガスタービン燃焼器の信頼性を確保することが実現ができる。   As a result, the fuel ratio of the pilot fuel supply signal 315 to the main fuel supply signal 325 decreases, so that when the hydrogen concentration in the fuel increases, the position of the combustion flame of the gas turbine combustor moves downstream in the combustion chamber. It is possible to ensure the reliability of the gas turbine combustor.

ところで、ガスタービン燃焼器1aに供給される燃料14に含まれる水素濃度がある程度以上高くなると、予混合燃焼方式を採用したメインバーナ23においてガスタービン燃焼室1内に形成される火炎の位置がバーナ構造物のごく近くまで接近するようになるため、メインバーナ23で信頼性上の問題が起きることを避けるためにメインバーナ23の混合気中の燃料濃度(あるいは水素濃度)を、制限値よりも下側に抑制する必要がある。   By the way, when the hydrogen concentration contained in the fuel 14 supplied to the gas turbine combustor 1a becomes higher than a certain level, the position of the flame formed in the gas turbine combustion chamber 1 in the main burner 23 adopting the premixed combustion method is changed to the burner. In order to avoid the occurrence of reliability problems in the main burner 23, the fuel concentration (or hydrogen concentration) in the air-fuel mixture of the main burner 23 is set to be lower than the limit value. It is necessary to suppress to the lower side.

そこで、上記した本発明の実施例であるガスタービン燃焼器1aの制御装置100においては、燃料14に含まれる水素濃度が所定値を超えて高くなった場合に、上記した構成によって説明したようにガスタービン燃焼器1aのメインバーナ23に供給する燃料流量の供給量を制限するように制御している。   Therefore, in the control device 100 of the gas turbine combustor 1a according to the embodiment of the present invention described above, when the hydrogen concentration contained in the fuel 14 exceeds a predetermined value, the configuration described above is used. Control is performed to limit the amount of fuel flow supplied to the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a.

このような制御を行った結果、パイロットバーナ22の燃料比率は再びPM_cまで増加することとなるが、但し、この場合でもメインバーナ23での燃料の燃焼量はガスタービン燃焼器1aの信頼性上許容できる範囲で確保されており、同様の燃料を全て拡散燃焼のバーナで処理した場合に比較してNOx排出量は大幅に低く抑制することが可能となる。   As a result of such control, the fuel ratio of the pilot burner 22 again increases to PM_c. However, even in this case, the amount of fuel burned in the main burner 23 is limited due to the reliability of the gas turbine combustor 1a. It is ensured within an acceptable range, and it becomes possible to suppress the NOx emission amount significantly lower than when all the same fuel is treated by a diffusion combustion burner.

本実施例によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に用いた場合に、水素濃度の変動に起因して形成される火炎がガスタービン燃焼器の構造物に接近して信頼性上の問題を引き起こすことを回避すると共に、低NOx燃焼性能を維持し得る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。   According to this embodiment, when a fuel having a varying hydrogen concentration contained in the fuel is used in a gas turbine combustor, the flame formed due to the variation in the hydrogen concentration becomes a structure of the gas turbine combustor. It is possible to realize a premixed combustion type gas turbine combustor control device and a gas turbine combustor control method capable of avoiding close proximity and causing reliability problems and maintaining low NOx combustion performance.

次に本発明の第2実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図5および図6を用いて説明する。   Next, a gas turbine combustor control apparatus and a gas turbine combustor control method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図5は本発明の第2実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置が適用されるガスタービン発電プラントの構成を示した概略図である。   FIG. 5 is a schematic view showing a configuration of a gas turbine power plant to which a control device for a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention is applied.

本実施例のガスタービン燃焼器の制御装置は図1乃至図4に示した本発明の第1実施例のガスタービン燃焼器の制御装置と基本的な構成は同じなので、両者に共通する構成及び作用の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The basic configuration of the gas turbine combustor control device of the present embodiment is the same as that of the gas turbine combustor control device of the first embodiment of the present invention shown in FIGS. The description of the operation is omitted, and only different configurations will be described below.

図5に示した第2実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置においては、パイロットバーナ23に対して、燃料に水素を含まず組成の安定している別の燃料を起動用燃料15として起動用燃料遮断弁104と、この起動用燃料遮断弁104の下流側に起動用燃料圧力調整弁105及び起動用燃料流量調整弁106をそれぞれ備えたパイロット燃料供給系統122を通じて前記起動用燃料15を供給するように構成している点が先の実施例1のガスタービン燃焼器の制御装置と異なっている。   In the control apparatus for the gas turbine combustor according to the second embodiment shown in FIG. 5, the starter 15 is started with another fuel that does not contain hydrogen and has a stable composition for the pilot burner 23. The starting fuel 15 is supplied through a pilot fuel supply system 122 provided with a starting fuel cutoff valve 104 and a starting fuel pressure adjusting valve 105 and a starting fuel flow rate adjusting valve 106 on the downstream side of the starting fuel cutoff valve 104. This is different from the control device for the gas turbine combustor of the first embodiment.

図6は図5に示した第2実施例であるガスタービン発電プラントに備えられたガスタービン燃焼器の燃焼を制御する制御装置の詳細を示す構成図である。   FIG. 6 is a block diagram showing details of a control device for controlling the combustion of the gas turbine combustor provided in the gas turbine power plant according to the second embodiment shown in FIG.

図6に示したガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御する制御装置100aにおいては、ガスタービン燃焼器1aの起動用燃料15を水素を含まず燃料組成の安定した燃料としたため、制御装置100aに設置された基準燃料流量演算器305aはガスタービン運転状況に応じてパイロット燃料元流量315aと基準メイン燃料流量316を同時に算出することができる。   In the control device 100a for controlling the combustion of the gas turbine combustor 1a shown in FIG. 6, since the starting fuel 15 of the gas turbine combustor 1a does not contain hydrogen and has a stable fuel composition, it is installed in the control device 100a. The reference fuel flow rate calculator 305a can simultaneously calculate the pilot fuel source flow rate 315a and the reference main fuel flow rate 316 in accordance with the gas turbine operation status.

図6に示した本実施例の制御装置100aでは、図2に示した第1実施例の制御装置100における基準メイン燃料流量演算器307及び基準ガスタービン投入燃料信号補正値309を演算する投入燃料水素濃度バイアス算出器308を備えていない構成となっている。   In the control device 100a of this embodiment shown in FIG. 6, the input fuel for calculating the reference main fuel flow rate calculator 307 and the reference gas turbine input fuel signal correction value 309 in the control device 100 of the first embodiment shown in FIG. The hydrogen concentration bias calculator 308 is not provided.

そして本実施例の制御装置100aにおいて、パイロット燃料供給信号315cを演算する演算系統を構成する前記メイン燃料制限器321で算出したメイン燃料供給信号325を、燃料の発熱量を考慮したゲイン演算器330によって水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を加味してガスタービン投入発熱量の変動のパイロット燃料流量の補正値331に変換し、減算器332でパイロット燃料元流量315aから前記補正値331を減算することによりパイロット燃料供給元信号315bとする。   In the control device 100a of this embodiment, the main fuel supply signal 325 calculated by the main fuel limiter 321 constituting the calculation system for calculating the pilot fuel supply signal 315c is used as a gain calculator 330 in consideration of the heat generation amount of the fuel. Is converted into a pilot fuel flow rate correction value 331 for a change in gas turbine input heat generation amount in consideration of a change in fuel heat generation amount due to a change in hydrogen concentration, and a subtractor 332 converts the correction value 331 from the pilot fuel source flow rate 315a. The pilot fuel supply source signal 315b is obtained by subtraction.

このパイロット燃料供給元信号315bをパイロット燃料制限器314bで運転状態によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるよう補正して、パイロット燃料供給信号315cとして出力し、このパイロット燃料供給信号315cに基づいてパイロット燃料圧力調整弁105およびパイロット燃料流量調整弁106の開度を変化させてパイロットバーナ22に供給する燃料流量を制御する。   The pilot fuel supply source signal 315b is corrected by the pilot fuel limiter 314b to a value between the upper limit and the lower limit of the pilot fuel supply signal determined by the operating state, and is output as a pilot fuel supply signal 315c. Based on the signal 315c, the opening amounts of the pilot fuel pressure adjusting valve 105 and the pilot fuel flow rate adjusting valve 106 are changed to control the fuel flow rate supplied to the pilot burner 22.

一方、メイン燃料供給信号325を算出する演算系統を構成する基準燃料流量演算器305aで基準メイン燃料流量316を算出する。そして実施例1の制御装置100と同様に、燃料供給系統14aに設けた水素濃度検知器102によって検知した水素濃度信号304に基づきメイン燃料水素濃度バイアス算出器317により算出されたメイン燃料流量補正値318とこの基準メイン燃料流量316を加算器319にて加算し、水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を補正したメイン燃料元流量320とする。   On the other hand, the reference main fuel flow rate 316 is calculated by the reference fuel flow rate calculator 305a constituting the calculation system for calculating the main fuel supply signal 325. As with the control device 100 of the first embodiment, the main fuel flow rate correction value calculated by the main fuel hydrogen concentration bias calculator 317 based on the hydrogen concentration signal 304 detected by the hydrogen concentration detector 102 provided in the fuel supply system 14a. 318 and the reference main fuel flow rate 316 are added by an adder 319 to obtain a main fuel source flow rate 320 in which a variation in fuel heat generation amount due to a change in hydrogen concentration is corrected.

更に、水素濃度信号304に基づきメイン燃料安定範囲算出器326にて算出したメイン燃料安定範囲バイアス327によって前記メイン燃料元流量320をメイン燃料制限器321にて補正し、メイン燃料流量信号322を算出する。   Further, the main fuel source flow rate 320 is corrected by the main fuel limiter 321 by the main fuel stability range bias 327 calculated by the main fuel stability range calculator 326 based on the hydrogen concentration signal 304, and the main fuel flow rate signal 322 is calculated. To do.

そして、信号切替器324で運用可能であればメイン燃料流量信号322を、運用不可能であれば燃料流量0をメイン燃料供給信号325として前記制御装置100aから指令信号として出力する。   When the signal switch 324 is operable, the main fuel flow rate signal 322 is output as a command signal from the control device 100a as the main fuel supply signal 325 as the main fuel supply signal 325.

この信号切替器324を経たメイン燃料供給信号325に基づいてガスタービン燃焼器1aのメイン燃料圧力調整弁107およびメイン燃料流量調整弁108の開度を調節してメイン燃料供給系統123をじてメインバーナ23に供給する燃料流量を制御する。   Based on the main fuel supply signal 325 passed through the signal switch 324, the opening degree of the main fuel pressure adjustment valve 107 and the main fuel flow rate adjustment valve 108 of the gas turbine combustor 1a is adjusted, and the main fuel supply system 123 is connected to the main fuel supply signal 123. The flow rate of fuel supplied to the burner 23 is controlled.

本実施例の制御装置100aにおいて、燃料14中の水素濃度信号304が減少した場合には、基準燃料流量演算器305aで演算したパイロット燃料元流量315aに対して、メイン燃料水素濃度バイアス算出器317で演算したメイン燃料流量補正値318を加算してメイン燃料元流量320を得るが、これがメインバーナ23に供給するメイン燃料の指令となるメイン燃料供給信号325となって、このメイン燃料供給信号325を減少させるように働く。   In the control device 100a of this embodiment, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 decreases, the main fuel hydrogen concentration bias calculator 317 with respect to the pilot fuel source flow 315a calculated by the reference fuel flow calculator 305a. The main fuel source flow rate 320 is obtained by adding the main fuel flow rate correction value 318 calculated in (4), which becomes a main fuel supply signal 325 that serves as a command for the main fuel to be supplied to the main burner 23, and this main fuel supply signal 325. Work to reduce.

この結果、パイロット燃料供給信号315cに対するメイン燃料供給信号325の燃料比率が減少するので、燃料中の水素濃度が減少した場合でもガスタービン燃焼器の燃焼は安定燃焼範囲内に制御することが可能となり、ガスタービン燃焼器の安定燃焼を実現することができる。   As a result, the fuel ratio of the main fuel supply signal 325 to the pilot fuel supply signal 315c decreases, so that the combustion of the gas turbine combustor can be controlled within the stable combustion range even when the hydrogen concentration in the fuel decreases. The stable combustion of the gas turbine combustor can be realized.

これに対して、燃料14中の水素濃度信号304が増加した場合には、基準燃料流量演算器305aで演算した基準メイン燃料流量316に対して、メイン燃料安定範囲算出器326で燃焼の安定範囲を算出して得たメイン燃料安定範囲バイアス327をメイン燃料制限器321に入力してメイン燃料流量信号322を算出し、比較器323でメインバーナ23の運用可否の判定に基づいた信号切替器324を経由してこのメイン燃料流量信号322をメイン燃料供給信号325として出力するので、前記メイン燃料供給信号325を増加するように働く。   On the other hand, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 increases, the stable range of combustion is calculated by the main fuel stable range calculator 326 with respect to the reference main fuel flow rate 316 calculated by the reference fuel flow rate calculator 305a. The main fuel stable range bias 327 obtained by calculating the above is input to the main fuel limiter 321 to calculate the main fuel flow rate signal 322, and the comparator 323 is used to determine whether the main burner 23 can be operated or not. Since the main fuel flow signal 322 is output as the main fuel supply signal 325 via, the main fuel supply signal 325 is increased.

尚、メイン燃料制限器321で算出したメイン燃料供給信号325は、燃料の発熱量を考慮したゲイン演算器330を経由させることによって水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を加味してガスタービン投入発熱量の変動のパイロット燃料流量の補正値331に変換し、パイロット燃料供給元信号315bとしてパイロット燃料制限器314bに入力して補正し、前記パイロット燃料供給信号315cを得ている。   The main fuel supply signal 325 calculated by the main fuel limiter 321 passes through the gain calculator 330 taking into consideration the heat generation amount of the fuel, and takes into account the variation in the fuel heat generation amount due to the change in the hydrogen concentration. It is converted into a pilot fuel flow rate correction value 331 for fluctuations in the input heat generation amount, and is input to the pilot fuel limiter 314b as a pilot fuel supply source signal 315b for correction to obtain the pilot fuel supply signal 315c.

更に、基準燃料流量演算器305aで演算したパイロット燃料元流量315aに対して、パイロット燃料制限補正値演算器328で演算した燃焼バランスを調節するパイロット燃料制限器水素濃度バイアス329をパイロット燃料制限器314bに入力し、このパイロット燃料制限器314bにて運転状態によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるように、前記パイロット燃料供給信号315bに基づいてパイロット燃料供給信号315cを演算して出力するので、前記パイロット燃料供給信号315を減少するように働く。   Further, a pilot fuel limiter hydrogen concentration bias 329 for adjusting the combustion balance calculated by the pilot fuel limit correction value calculator 328 with respect to the pilot fuel original flow rate 315a calculated by the reference fuel flow rate calculator 305a is provided with a pilot fuel limiter 314b. The pilot fuel supply signal 315c is calculated based on the pilot fuel supply signal 315b so that the pilot fuel limiter 314b has a value between the upper limit and the lower limit of the pilot fuel supply signal determined by the operating state. Therefore, the pilot fuel supply signal 315 is decreased.

この結果、前記メイン燃料供給信号325に対するパイロット燃料供給信号315cの燃料比率が減少するので、燃料中の水素濃度が増加した場合はガスタービン燃焼器の燃焼火炎の位置を燃焼室内の下流側に移動させることが可能となり、ガスタービン燃焼器の信頼性を確保することが実現ができる。   As a result, the fuel ratio of the pilot fuel supply signal 315c to the main fuel supply signal 325 decreases, so that when the hydrogen concentration in the fuel increases, the position of the combustion flame of the gas turbine combustor moves downstream in the combustion chamber. It is possible to ensure the reliability of the gas turbine combustor.

このようにパイロットバーナ22を燃料組成変動のない起動用燃料で運用することで制御の簡素化が図れる。起動用燃料としては天然ガス、プロパンガスなどの高カロリーガス燃料のほか、灯油、軽油、A重油などの油燃料を用いても良い。   Thus, the control can be simplified by operating the pilot burner 22 with the starting fuel having no fuel composition fluctuation. In addition to high-calorie gas fuels such as natural gas and propane gas, oil fuels such as kerosene, light oil, and A heavy oil may be used as the starting fuel.

本実施例によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に用いた場合に、水素濃度の変動に起因して形成される火炎がガスタービン燃焼器の構造物に接近して信頼性上の問題を引き起こすことを回避すると共に、低NOx燃焼性能を維持し得る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。   According to this embodiment, when a fuel having a varying hydrogen concentration contained in the fuel is used in a gas turbine combustor, the flame formed due to the variation in the hydrogen concentration becomes a structure of the gas turbine combustor. It is possible to realize a premixed combustion type gas turbine combustor control device and a gas turbine combustor control method capable of avoiding close proximity and causing reliability problems and maintaining low NOx combustion performance.

次に本発明の第3実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図7乃至図9を用いて説明する。図7は本発明の第3実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置が適用されるガスタービン発電プラントの構成を示した概略図である。   Next, a gas turbine combustor control apparatus and a gas turbine combustor control method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine power plant to which a control device for a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention is applied.

本実施例のガスタービン燃焼器の制御装置は図5及び図6に示した本発明の第2実施例のガスタービン燃焼器の制御装置と基本的な構成は同じなので、両者に共通する構成及び作用の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The control apparatus for the gas turbine combustor of the present embodiment has the same basic configuration as the control apparatus for the gas turbine combustor of the second embodiment of the present invention shown in FIGS. The description of the operation is omitted, and only different configurations will be described below.

図7に示した第3実施例であるガスタービン燃焼器1aにおいては、メインバーナ23を、多数の燃料ノズル25と空気孔プレート24に開口した多数の空気孔とをそれぞれ同軸に配置する小口径の同軸ノズルで構成するとともに、この小口径同軸ノズルを集合化したメインバーナ23として形成し、パイロットバーナ22の周囲に前記集合化したメインバーナ23を複数配設することによって、構造的に予め燃料と空気の分散性を高めてNOxを低減したことが実施例2のガスタービン燃焼器1に備えたメインノズルの構成とは異なっている。   In the gas turbine combustor 1a according to the third embodiment shown in FIG. 7, the main burner 23 has a small diameter in which a large number of fuel nozzles 25 and a large number of air holes opened in the air hole plate 24 are arranged coaxially. The small-diameter coaxial nozzle is formed as an assembled main burner 23, and a plurality of the assembled main burners 23 are disposed around the pilot burner 22 so that the fuel is structurally preliminarily formed. The structure of the main nozzle provided in the gas turbine combustor 1 of the second embodiment is different from that of NOx by increasing the dispersibility of air and reducing NOx.

本実施例の複数配設されたメインバーナ23である同軸ノズルバーナは、多数の燃料・空気の同軸噴流からなるバーナであり、かつ燃料と空気の混合の度合いを空気ノズルの形状および燃料ノズルの形状で調整することができる。   The coaxial nozzle burner, which is a plurality of main burners 23 provided in the present embodiment, is a burner composed of a large number of coaxial jets of fuel and air, and the degree of mixing of fuel and air is determined according to the shape of the air nozzle and the shape of the fuel nozzle. Can be adjusted.

また、複数の各メインバーナ23は、バーナ単体の保炎能力は同軸ノズルバーナの中心軸に面した最内周の同軸噴流の混合と噴出方向で調整することができるので、1つの同軸ノズルバーナの中の最内周部分の同軸噴流に保炎の機能を担わせることができる。   Further, in each of the plurality of main burners 23, the flame holding ability of the burner alone can be adjusted by mixing and jetting the innermost coaxial jet facing the central axis of the coaxial nozzle burner. It is possible to make the coaxial jet flow at the innermost peripheral part have a flame holding function.

また複数の各メインバーナ23は上記のように保炎の機能を強化するように燃料と空気の混合を調整することで、可燃範囲の混合気が形成される位置を同軸ノズルバーナの構造物から遠い場所に設計することが可能であり、各メインバーナ23の内周側の同軸ノズルについては火炎接近に対する裕度を大きく取ることができる。   The plurality of main burners 23 adjust the mixing of fuel and air so as to enhance the flame holding function as described above, so that the position where the mixture in the combustible range is formed is far from the structure of the coaxial nozzle burner. It is possible to design in a place, and the tolerance for the flame approach can be increased for the coaxial nozzle on the inner peripheral side of each main burner 23.

そこで本実施例のガスタービン燃焼器1aでは、水素を含む燃料は各メインバーナ23を構成する同軸ノズルの内周側に供給される内周側メイン燃料供給系統123aと、各メインバーナ23を構成する各メインバーナ23を構成する同軸ノズルの外周側に供給される外周側メイン燃料供給系統124aに分岐しており、供給される燃料の配分が調整できるようになっている。   Therefore, in the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, the fuel containing hydrogen is constituted by the inner peripheral side main fuel supply system 123a supplied to the inner circumference side of the coaxial nozzle constituting each main burner 23, and each main burner 23. Branching to the outer peripheral main fuel supply system 124a supplied to the outer peripheral side of the coaxial nozzle constituting each main burner 23, the distribution of the supplied fuel can be adjusted.

メインバーナ23を構成する同軸ノズルの内周側に供給される水素を含む燃料14は内周側メイン燃料供給系統123aに設置された内周側メイン燃料圧力調整弁107a、内周側メイン燃料流量調整弁108aを介して燃焼器エンドカバー8の取り合い口に導かれ、エンドカバー8の内部の流路を通過し、メインバーナ23に備えられた燃料分配器26の内周側空間から燃料ノズル25を通って空気孔プレート24に開口した空気孔に向かって噴出し、空気と同軸の噴流となって燃焼室1に噴出する。   The fuel 14 containing hydrogen supplied to the inner peripheral side of the coaxial nozzle constituting the main burner 23 is an inner peripheral main fuel pressure adjusting valve 107a installed in the inner peripheral main fuel supply system 123a, an inner peripheral main fuel flow rate. The fuel nozzle 25 is led from the inner peripheral space of the fuel distributor 26 provided in the main burner 23 through the regulating valve 108a to the joint port of the combustor end cover 8 and passing through the flow path inside the end cover 8. It passes through the air hole plate 24 through the air hole and passes through the air hole plate 24 to be jetted into the combustion chamber 1 as a jet coaxial with the air.

また、メインバーナ23を構成する同軸ノズルの外周側に供給される水素を含む燃料14も同様に、外周側メイン燃料供給系統124aに設置された外周側メイン燃料圧力調整弁107b、外周側メイン燃料流量調整弁108bを介して燃焼器エンドカバー8の取り合い口に導かれ、エンドカバー8の内部の流路を通過し、メインバーナ23に備えられた燃料分配器26の外周側空間から燃料ノズル25を通って空気孔プレート24に開口した空気孔に向かって噴出し、空気と同軸の噴流となって燃焼室1に噴出する。   Similarly, the fuel 14 containing hydrogen supplied to the outer peripheral side of the coaxial nozzle constituting the main burner 23 is also connected to the outer peripheral main fuel pressure regulating valve 107b, the outer peripheral main fuel, installed in the outer peripheral main fuel supply system 124a. The fuel nozzle 25 is led from the outer peripheral side space of the fuel distributor 26 provided in the main burner 23 through the flow rate adjusting valve 108 b to the joint port of the combustor end cover 8, passing through the flow path inside the end cover 8. It passes through the air hole plate 24 through the air hole and passes through the air hole plate 24 to be jetted into the combustion chamber 1 as a jet coaxial with the air.

図8は図7に示した第3実施例であるガスタービン発電プラントに備えられたガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御する制御装置100bの詳細を示す構成図である。   FIG. 8 is a block diagram showing details of a control device 100b for controlling the combustion of the gas turbine combustor 1a provided in the gas turbine power plant according to the third embodiment shown in FIG.

図8に示したガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御する制御装置100bにおいては、ガスタービン燃焼器1aの起動用燃料15を、実施例2と同様に起動用燃料15を水素を含まず燃料組成の安定した燃料としたため、制御装置100bに設置された基準燃料流量演算器305aではガスタービン運転状況に応じてパイロット燃料元流量315aと基準メイン燃料流量316を同時に算出することができる。   In the control apparatus 100b for controlling the combustion of the gas turbine combustor 1a shown in FIG. 8, the starting fuel 15 of the gas turbine combustor 1a is the same as in the second embodiment. Therefore, the reference fuel flow rate calculator 305a installed in the control device 100b can simultaneously calculate the pilot fuel source flow rate 315a and the reference main fuel flow rate 316 according to the gas turbine operating condition.

図8に示した本実施例のガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御する制御装置100bでは、図2に示した第1実施例の制御装置100における基準メイン燃料流量演算器307を備えていないが、各メインバーナ23内の内周と外周の燃料比率334を演算するメイン内外周比率演算器333と、メイン内周側燃料供給信号336及びメイン外周側燃料供給信号337を演算するメイン内外周燃料流量演算器335を新たに備えた構成となっている。   The control device 100b for controlling the combustion of the gas turbine combustor 1a of this embodiment shown in FIG. 8 does not include the reference main fuel flow rate calculator 307 in the control device 100 of the first embodiment shown in FIG. A main inner / outer / periphery ratio calculator 333 that calculates the fuel ratio 334 between the inner and outer circumferences of each main burner 23, and a main inner / outer / periphery fuel that calculates a main inner peripheral fuel supply signal 336 and a main outer peripheral fuel supply signal 337. The flow rate calculator 335 is newly provided.

そして本実施例のガスタービン燃焼器1aでは、前述のように各メインバーナ23を燃料ノズル25と空気孔プレート24に開口した空気孔とを同軸に配置する同軸ノズルで構成したことでメインバーナ23自身の中に保炎を担う機能が持てる上、同軸ノズルの内周側は混合を調整して保炎の機能を持たせたことで火炎接近に対する裕度が広がっている。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, as described above, each main burner 23 is constituted by the coaxial nozzle in which the fuel nozzle 25 and the air hole opened in the air hole plate 24 are arranged coaxially. In addition to having the function of holding the flame in itself, the inner peripheral side of the coaxial nozzle adjusts the mixing and has the function of holding the flame, so that the tolerance for the flame approach is widened.

このため本実施例の制御装置100bでは、では水素濃度の変化に対してメインバーナ内部の燃料配分を調整することで信頼性を確保しながら低NOx燃焼することが可能となり、パイロットバーナ供給燃料は燃焼器全体の燃焼安定性を最低限確保するのみで十分である。   Therefore, in the control device 100b of the present embodiment, it is possible to perform low NOx combustion while ensuring reliability by adjusting the fuel distribution inside the main burner with respect to the change in the hydrogen concentration, and the fuel supplied to the pilot burner is It is sufficient to ensure the minimum combustion stability of the entire combustor.

そこで本実施例のガスタービン燃焼器1aの燃焼を制御する制御装置100aにおいては、パイロット燃料供給信号315cを算出する制御系統では、パイロット燃料元流量315aをパイロット燃料制限器314で運転状態によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるよう補正するのみで、パイロット燃料供給信号315cとして出力することができ制御が大幅に簡素化できる。   Therefore, in the control device 100a that controls the combustion of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, in the control system that calculates the pilot fuel supply signal 315c, the pilot fuel source flow rate 315a is determined by the pilot fuel limiter 314 according to the operating state. Only by correcting the fuel supply signal to a value between the upper limit and the lower limit, it can be output as the pilot fuel supply signal 315c, and the control can be greatly simplified.

一方、メイン燃料供給信号を算出する制御系統では、基準燃料流量演算器305aで算出された基準メイン燃料流量316を、メイン燃料水素濃度バイアス算出器317により算出されたメイン燃料流量補正値318と加算器319で加算し、水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を補正したメイン燃料元流量320とし、メイン燃料安定範囲算出器326の算出値および、メイン燃料制限器321で補正しメイン燃料流量信号322として、信号切替器324で運用可能であればメイン燃料流量信号322を、運用不可能であれば燃料流量0をメイン燃料供給信号325として出力する。   On the other hand, in the control system for calculating the main fuel supply signal, the reference main fuel flow rate 316 calculated by the reference fuel flow rate calculator 305 a is added to the main fuel flow rate correction value 318 calculated by the main fuel hydrogen concentration bias calculator 317. The main fuel source flow rate 320 corrected by the change in the fuel heat generation amount due to the change in the hydrogen concentration and corrected by the main fuel stable range calculator 326 and the main fuel limiter 321 is corrected. As the signal 322, the main fuel flow rate signal 322 is output as the main fuel supply signal 325 if the signal switch 324 is operable, and the fuel flow rate 0 is output if the operation is not possible.

この後、メインバーナ23内の内周側と外周側との燃料比率334をメイン内外周比率演算器333により算出し、この内周側と外周側との燃料比率334をメイン内外周燃料流量演算器335によってメイン燃料供給信号325と乗算することにより、メイン内周側燃料供給信号336及びメイン外周側燃料供給信号337を算出して、これらのメイン内周側燃料供給信号336及びメイン外周側燃料供給信号337基づいてメインバーナ23である同軸ノズルの内周側と外周側とに供給される燃料の流量をそれぞれ制御するように構成されている。   Thereafter, the fuel ratio 334 between the inner peripheral side and the outer peripheral side in the main burner 23 is calculated by the main inner / outer peripheral ratio calculator 333, and the fuel ratio 334 between the inner peripheral side and the outer peripheral side is calculated as the main inner / outer peripheral fuel flow rate. The main fuel supply signal 335 and the main outer fuel supply signal 337 are calculated by multiplying the main fuel supply signal 325 by the device 335, and the main inner fuel supply signal 336 and the main outer fuel supply signal 337 are calculated. The flow rate of the fuel supplied to the inner peripheral side and the outer peripheral side of the coaxial nozzle which is the main burner 23 is controlled based on the supply signal 337, respectively.

本実施例の制御装置100bにおいて、燃料14中の水素濃度信号304が減少した場合には、ガスタービン燃焼器1aの安定燃焼を確保するためにメインバーナ23である同軸ノズルの内周側の燃焼比率が外周側の燃焼比率よりも高くなるように、内周側メイン燃料供給系統123aを通じて供給する燃料流量が外周側メイン燃料供給系統124aを通じて供給する燃料流量より多くなるように、前記内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108a、並びに外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bの開度を制御装置100bによってそれぞれ制御して、メインバーナ23の内周側の燃焼比率を上げる。   In the control device 100b of the present embodiment, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 decreases, the combustion on the inner peripheral side of the coaxial nozzle that is the main burner 23 in order to ensure stable combustion of the gas turbine combustor 1a. The inner peripheral side so that the fuel flow rate supplied through the inner peripheral main fuel supply system 123a is larger than the fuel flow rate supplied through the outer peripheral main fuel supply system 124a so that the ratio is higher than the outer peripheral combustion ratio. The opening degree of the main fuel pressure adjusting valve 107a and the inner peripheral main fuel flow rate adjusting valve 108a, and the outer peripheral main fuel pressure adjusting valve 107b and the outer peripheral main fuel flow rate adjusting valve 108b are controlled by the control device 100b, respectively. The combustion ratio on the inner peripheral side of 23 is increased.

次に、燃料14中の水素濃度信号304が増加して水素濃度が約48%に達するまでは、ガスタービン燃焼器1aのメインバーナ23である同軸ノズルの内周側の燃焼比率が外周側の燃焼比率よりも低くなるように、内周側メイン燃料供給系統123aを通じて供給する燃料流量が外周側メイン燃料供給系統124aを通じて供給する燃料流量より少なくなるように、前記内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108a、並びに外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bの開度を制御装置100bによってそれぞれ制御して、メインバーナ23の外周側の燃焼比率を上げる。   Next, until the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 increases and the hydrogen concentration reaches about 48%, the combustion ratio on the inner peripheral side of the coaxial nozzle that is the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a is on the outer peripheral side. The inner peripheral main fuel pressure regulating valve is set so that the fuel flow rate supplied through the inner peripheral main fuel supply system 123a is smaller than the fuel flow rate supplied through the outer peripheral main fuel supply system 124a so as to be lower than the combustion ratio. The opening degree of the outer peripheral side main fuel flow rate adjusting valve 107a and the outer peripheral side main fuel flow rate adjusting valve 107b and the outer peripheral side main fuel flow rate adjusting valve 108b is controlled by the control device 100b, respectively. Increase the combustion ratio.

更に、燃料14中の水素濃度信号304が増加して水素濃度が所定の濃度(例えば約48%)を超えた場合には、ガスタービン燃焼器1aの燃焼室内に形成される火炎の位置が燃焼室下流側に移動させてガスタービン燃焼器の信頼性を確保するために、メインバーナ23である同軸ノズルの内周側の燃焼比率が外周側の燃焼比率よりも高くなるように、内周側メイン燃料供給系統123aを通じて供給する燃料流量が外周側メイン燃料供給系統124aを通じて供給する燃料流量より多くなるように、前記内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108a、並びに外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bの開度を制御装置100bによってそれぞれ制御して、メインバーナ23の内周側の燃焼比率を上げる。   Further, when the hydrogen concentration signal 304 in the fuel 14 increases and the hydrogen concentration exceeds a predetermined concentration (for example, about 48%), the position of the flame formed in the combustion chamber of the gas turbine combustor 1a is combusted. In order to move to the downstream side of the chamber and ensure the reliability of the gas turbine combustor, the inner peripheral side is set so that the combustion ratio on the inner peripheral side of the coaxial nozzle which is the main burner 23 is higher than the combustion ratio on the outer peripheral side. The inner peripheral main fuel pressure adjustment valve 107a and the inner peripheral main fuel flow adjustment valve 108a, so that the fuel flow supplied through the main fuel supply system 123a is greater than the fuel flow supplied through the outer main fuel supply system 124a. In addition, the opening degree of the outer peripheral side main fuel pressure adjusting valve 107b and the outer peripheral side main fuel flow rate adjusting valve 108b is controlled by the control device 100b, respectively. Increasing the combustion ratio of the inner circumferential side of 23.

尚、本実施例のガスタービン燃焼器1aの制御装置100bを構成する各演算器の作用については説明を省略したが、図2に示したガスタービン燃焼器1aの制御装置100、並びに図6に示したガスタービン燃焼器1aの制御装置100aを構成する各演算器の作用を参照されたい。   In addition, although description was abbreviate | omitted about the effect | action of each calculating unit which comprises the control apparatus 100b of the gas turbine combustor 1a of a present Example, the control apparatus 100 of the gas turbine combustor 1a shown in FIG. 2 and FIG. Refer to the operation of each computing unit constituting the control device 100a of the gas turbine combustor 1a shown.

図9は図8に示した第3実施例であるガスタービン燃焼器1aの制御装置100bによって制御した場合の定格負荷における水素濃度の変化に対するメインバーナ内外周の燃料供給量の配分の変化の状況を示す特性図である。   FIG. 9 shows a change in the distribution of the fuel supply amount on the inner and outer periphery of the main burner with respect to the change in the hydrogen concentration at the rated load when controlled by the control device 100b of the gas turbine combustor 1a according to the third embodiment shown in FIG. FIG.

図9の横軸は燃料14に含まれた水素濃度であり、縦軸はガスタービン燃焼器1aのメインバーナ23に供給される燃料全体のうち、保炎を担う内周側の燃料の占める比率を保炎用燃料比率として示している。   The horizontal axis in FIG. 9 is the concentration of hydrogen contained in the fuel 14, and the vertical axis is the ratio of the fuel on the inner peripheral side that holds the flame holding out of the total fuel supplied to the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a. Is shown as the fuel ratio for flame holding.

図9の特性図において、水素濃度が低い場合には燃焼速度が遅く、火炎は燃焼器下流側に流されるのでより強く保炎しないと火炎が吹き消えを起こし、大量の未燃排出物を発生するなどの問題が起きる可能性がある。   In the characteristic diagram of FIG. 9, when the hydrogen concentration is low, the combustion speed is slow, and the flame is flowed downstream of the combustor, so if the flame is not held stronger, the flame will blow out and generate a large amount of unburned emissions. May cause problems.

このため燃料14に含まれる水素濃度が低い場合には保炎を担う内周側により多くの燃料を供給するようにバイアスがかかり、結果として保炎用燃料比率はIO_aまで増加する。   For this reason, when the hydrogen concentration contained in the fuel 14 is low, a bias is applied so as to supply more fuel to the inner peripheral side that bears flame holding, and as a result, the flame holding fuel ratio increases to IO_a.

しかしながらこの場合には燃料14に含まれる水素濃度が低いのでメインバーナ全体でのNOx排出量が小さいだけでなく、保炎を担っている内周側メインバーナもある程度の低NOx燃焼性が得られる同軸ノズル構造であるためNOx排出量は実施例1に比較して小さい。   However, in this case, the concentration of hydrogen contained in the fuel 14 is low, so that not only the NOx emission amount in the entire main burner is small, but also the inner peripheral main burner responsible for flame holding has a certain degree of low NOx combustibility. Because of the coaxial nozzle structure, the NOx emission is smaller than that of the first embodiment.

燃料14に含まれる水素濃度が増加すると燃焼速度が速くなるのでガスタービン燃焼室1内に形成される火炎の位置が徐々にガスタービン燃焼室1内の上流側に移動するので、吹き消えの可能性が小さくなり保炎用燃料流量はIO_bまで削減することができ、排出NOxがさらに減少する。   As the concentration of hydrogen contained in the fuel 14 increases, the combustion speed increases, so the position of the flame formed in the gas turbine combustion chamber 1 gradually moves to the upstream side in the gas turbine combustion chamber 1, so that it can be blown out. The flame holding fuel flow rate can be reduced to IO_b, and the exhaust NOx is further reduced.

さらに燃料14に含まれる水素濃度が高くなると、メインバーナ23を構成する同軸ノズルの外周側において火炎がバーナ構造物のごく近くまで接近するようになるためメインバーナで信頼性上の問題が起きることを避けるために同軸ノズルバーナ外周側の混合気中の燃料濃度(あるいは水素濃度)をある制限値よりも下側に抑制する必要が現れる。   Further, when the concentration of hydrogen contained in the fuel 14 is increased, the flame comes close to the burner structure on the outer peripheral side of the coaxial nozzle constituting the main burner 23, which causes a reliability problem in the main burner. In order to avoid this, it is necessary to suppress the fuel concentration (or hydrogen concentration) in the air-fuel mixture on the outer peripheral side of the coaxial nozzle burner below a certain limit value.

このため、同軸ノズルの外周側に供給する燃料流量が制限された結果、保炎用燃料比率は再びIO_cまで増加することとなる。但し、この場合でも保炎を担っているメインバーナ23を構成する同軸ノズルの内周側は、ある程度の低NOx燃焼性が得られる同軸ノズル構造であるためNOx排出量は実施例1に比較しても小さい。   For this reason, as a result of the restriction | limiting of the fuel flow volume supplied to the outer peripheral side of a coaxial nozzle, the flame holding fuel ratio will increase to IO_c again. However, even in this case, the inner peripheral side of the coaxial nozzle that constitutes the main burner 23 that holds the flame holding has a coaxial nozzle structure that can obtain a certain degree of low NOx combustibility. Even small.

本実施例によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に用いた場合に、水素濃度の変動に起因して形成される火炎がガスタービン燃焼器の構造物に接近して信頼性上の問題を引き起こすことを回避すると共に、低NOx燃焼性能を維持し得る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。   According to this embodiment, when a fuel having a varying hydrogen concentration contained in the fuel is used in a gas turbine combustor, the flame formed due to the variation in the hydrogen concentration becomes a structure of the gas turbine combustor. It is possible to realize a premixed combustion type gas turbine combustor control device and a gas turbine combustor control method capable of avoiding close proximity and causing reliability problems and maintaining low NOx combustion performance.

次に本発明の第4実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図10及び図11を用いて説明する。   Next, a gas turbine combustor control apparatus and a gas turbine combustor control method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図10は本発明の第4実施例であるガスタービン燃焼器1aが適用されるガスタービン発電プラントの構成を示した概略図である。   FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a gas turbine power plant to which a gas turbine combustor 1a according to a fourth embodiment of the present invention is applied.

本実施例のガスタービン燃焼器の制御装置は図7及び図8に示した本発明の第3実施例のガスタービン燃焼器の制御装置と基本的な構成は同じなので、両者に共通する構成及び作用の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The control device for the gas turbine combustor of the present embodiment has the same basic configuration as the control device for the gas turbine combustor of the third embodiment of the present invention shown in FIGS. The description of the operation is omitted, and only different configurations will be described below.

図10は本発明に関わるガスタービン燃焼器1aを備えた二酸化炭素回収付IGCCプラントの実施例であり、圧縮機5、タービン6、発電機30、及びガスタービン燃焼器1aに供給する燃料供給系統を示した概略構成図である。   FIG. 10 shows an embodiment of an IGCC plant with carbon dioxide recovery equipped with a gas turbine combustor 1a according to the present invention, and a fuel supply system that supplies the compressor 5, the turbine 6, the generator 30, and the gas turbine combustor 1a. It is the schematic block diagram which showed.

本実施例の二酸化炭素回収付IGCCプラントに備えられたガスタービン燃焼器1a及びその制御装置11cは、図7及び図8に示した本発明の第3実施例のガスタービン燃焼器1aの制御装置100bと基本的な構成は同じなので、両者に共通する構成及び作用の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The gas turbine combustor 1a and its control device 11c provided in the IGCC plant with carbon dioxide recovery of the present embodiment are the control device for the gas turbine combustor 1a of the third embodiment of the present invention shown in FIGS. Since the basic configuration is the same as that of 100b, description of the configuration and operation common to both will be omitted, and only different configuration will be described below.

図10において、二酸化炭素回収付IGCCプラントは、まず起動用燃料によりガスタービンをある一定負荷まで起動しておき、石炭から石炭ガスを生成する石炭ガス化炉202と、石炭ガス化炉202で生成した石炭ガスを精製する石炭ガス化ガス精製装置203と、石炭ガス化炉202で生成した石炭ガスから二酸化炭素と水素を生成するシフト反応器206と、シフト反応器206で生成した二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置207の各装置の運転を開始することで、水素を含む石炭ガス化燃料21が、ガスタービンのガスタービン燃焼器1aに供給されるようになる。   In FIG. 10, the IGCC plant with carbon dioxide recovery first starts the gas turbine to a certain load with the starting fuel, and generates the coal gasification furnace 202 that generates coal gas from coal and the coal gasification furnace 202. A coal gasification gas purification device 203 for purifying the coal gas produced, a shift reactor 206 for producing carbon dioxide and hydrogen from the coal gas produced in the coal gasification furnace 202, and a recovery of the carbon dioxide produced in the shift reactor 206 By starting the operation of each device of the carbon dioxide recovery device 207, the coal gasification fuel 21 containing hydrogen is supplied to the gas turbine combustor 1a of the gas turbine.

石炭のガス化は、まず酸素製造装置201によって精製した酸素17と石炭16を石炭ガス化炉202において一酸化炭素と水素を主成分とするガスとし、ガス精製装置203において不純物などを除去して石炭ガス化ガス18を製造する。製造された石炭ガス化ガス18の一部は水素濃度検出手段102a、流量調整弁205を介してガスタービン燃焼器1aに至るガスタービン燃料供給系統123a、124aに石炭ガス化燃料21として供給され、また石炭ガス化ガス18の一部は流量調整弁206を介してシフト反応器206に導かれ、残余のガスがガス処理炉209で燃焼処理される。   In the gasification of coal, first, oxygen 17 and coal 16 refined by the oxygen production apparatus 201 are converted into gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen in the coal gasification furnace 202, and impurities and the like are removed in the gas purification apparatus 203. Coal gasification gas 18 is produced. A part of the produced coal gasification gas 18 is supplied as the coal gasification fuel 21 to the gas turbine fuel supply systems 123a and 124a that reach the gas turbine combustor 1a via the hydrogen concentration detection means 102a and the flow rate adjustment valve 205. A part of the coal gasification gas 18 is led to the shift reactor 206 via the flow rate adjustment valve 206, and the remaining gas is burned in the gas processing furnace 209.

シフト反応器206では石炭ガス化ガス18に水蒸気19を供給してシフト反応を起こさせ、組成中の一酸化炭素を二酸化炭素と水素に転換して二酸化炭素回収装置207に送り、水蒸気および二酸化炭素を回収して高水素濃度石炭ガス化ガス20を精製する。   In the shift reactor 206, water vapor 19 is supplied to the coal gasification gas 18 to cause a shift reaction, and carbon monoxide in the composition is converted into carbon dioxide and hydrogen, which is sent to the carbon dioxide recovery device 207. And the high hydrogen concentration coal gasification gas 20 is purified.

この高水素濃度石炭ガス化ガス20もその一部が水素濃度検出手段102bおよび流量調整弁208を介してガスタービン燃焼器1aに至るガスタービン燃料供給系統123a、124aに石炭ガス化燃料21として供給され、残余のガスがガス処理炉209で燃焼処理される。   A part of the high hydrogen concentration coal gasification gas 20 is also supplied as the coal gasification fuel 21 to the gas turbine fuel supply systems 123a and 124a that reach the gas turbine combustor 1a via the hydrogen concentration detection means 102b and the flow rate adjustment valve 208. The remaining gas is burned in the gas processing furnace 209.

石炭ガス化燃料21が供給されるようになると起動用燃料15は石炭ガス化燃料21で置き換えられるため、パイロット燃料供給系統122と、ガスタービン燃料供給系統123aから分岐したパイロット燃料供給系統122には、パイロットバーナ22に対して供給する燃料を調節する起動用燃料パイロットバーナ燃料遮断弁104a、起動用燃料パイロットバーナ燃料圧力調整弁105a、および起動用燃料パイロットバーナ燃料流量調整弁106aが設置され、ガスタービン燃料供給系統123aから分岐したガスタービン燃料供給系統122bには、パイロットバーナ22に対して供給する燃料を調節する石炭ガス化燃料パイロットバーナ燃料遮断弁104b、石炭ガス化燃料パイロットバーナ燃料圧力調整弁105b、および石炭ガス化燃料パイロットバーナ燃料流量調整弁106bが設置されている。   When the coal gasification fuel 21 is supplied, the starting fuel 15 is replaced with the coal gasification fuel 21. Therefore, the pilot fuel supply system 122 and the pilot fuel supply system 122 branched from the gas turbine fuel supply system 123a are provided in the pilot fuel supply system 122. A starting fuel pilot burner fuel shut-off valve 104a for adjusting the fuel supplied to the pilot burner 22, a starting fuel pilot burner fuel pressure adjusting valve 105a, and a starting fuel pilot burner fuel flow rate adjusting valve 106a are installed. The gas turbine fuel supply system 122b branched from the turbine fuel supply system 123a includes a coal gasification fuel pilot burner fuel cutoff valve 104b for adjusting the fuel supplied to the pilot burner 22, and a coal gasification fuel pilot burner fuel pressure adjustment valve. 105b and coal Gasification fuel pilot burner fuel flow rate regulating valve 106b are installed.

複数個設置された各メインバーナ23に関しては実施例3のガスタービン燃焼器1aのメインバーナ23と同様に同軸ノズルバーナを採用しており、実施例3のメインバーナ23と同様に、内周側メイン燃料供給系統123aには内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108aが設置され、外周側メイン燃料供給系統124aには外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bが設置されている。   A plurality of installed main burners 23 employ coaxial nozzle burners in the same manner as the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a of the third embodiment. The fuel supply system 123a is provided with an inner peripheral main fuel pressure adjustment valve 107a and an inner peripheral main fuel flow rate adjustment valve 108a, and the outer peripheral main fuel supply system 124a is provided with an outer peripheral main fuel pressure adjustment valve 107b and an outer peripheral main. A fuel flow control valve 108b is installed.

そして石炭ガス化燃料21は前記内周側メイン燃料供給系統123a及び外周側メイン燃料供給系統124aを介して燃焼器エンドカバー8の取り合い口に導かれ、エンドカバー8の内部の流路を通過して、各メインバーナ23の燃料分配器26の外周側空間から燃料ノズル25を通って空気孔プレート24に開口した空気孔に向かって噴出し、空気と同軸の噴流となって燃焼室1に噴出して燃焼するように構成されている。   The coal gasified fuel 21 is guided to the joint port of the combustor end cover 8 through the inner peripheral main fuel supply system 123a and the outer peripheral main fuel supply system 124a, and passes through the flow path inside the end cover 8. Then, the fuel is ejected from the outer peripheral side space of the fuel distributor 26 of each main burner 23 toward the air hole opened in the air hole plate 24 through the fuel nozzle 25 and is jetted into the combustion chamber 1 as a jet coaxial with the air. And is configured to burn.

図11は本実施例の二酸化炭素回収付IGCCプラントに備えられたガスタービン燃焼器1aを制御する制御装置100cの詳細を示した構成図である。   FIG. 11 is a configuration diagram showing details of a control device 100c that controls the gas turbine combustor 1a provided in the IGCC plant with carbon dioxide recovery of the present embodiment.

二酸化炭素回収付IGCCプラントでは複数の燃料の切替が行われるため、制御装置100cに設置された基準燃料流量演算器305cでは運転指令信号301とガスタービンの回転数信号302を参照して基準ガスタービン投入燃料信号306の他、起動用燃料から石炭ガス化燃料に切り替える際にパイロットバーナ22に供給する燃料に必要な熱量の信号であるパイロット投入熱量315dをそれぞれ算出する。   Since a plurality of fuels are switched in the IGCC plant with carbon dioxide recovery, the reference gas flow calculator 305c installed in the control device 100c refers to the operation command signal 301 and the rotation speed signal 302 of the gas turbine, and the reference gas turbine. In addition to the input fuel signal 306, a pilot input heat amount 315d, which is a signal indicating the amount of heat necessary for the fuel supplied to the pilot burner 22 when switching from the starting fuel to the coal gasification fuel, is calculated.

パイロットバーナ投入熱量信号315dは起動用燃料流量演算器343によって起動用パイロット燃料元流量315aに変換され、実施例2に示した制御装置100bと同様に起動用燃料パイロット燃料供給信号315cを算出する。   The pilot burner input heat amount signal 315d is converted into the starting pilot fuel source flow rate 315a by the starting fuel flow rate calculator 343, and the starting fuel pilot fuel supply signal 315c is calculated in the same manner as the control device 100b shown in the second embodiment.

すなわち燃料に含まれた水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を加味したメイン燃料供給信号325を、燃料の発熱量を考慮したゲイン演算器330によってガスタービン投入発熱量変動のパイロット燃料流量の補正値に変換して、減算器332により減算することにより起動用燃料パイロット燃料元流量315aを起動用燃料パイロット燃料流量信号315eとするものである。   That is, the main fuel supply signal 325 taking into account the variation in the fuel heat generation amount due to the change in the hydrogen concentration contained in the fuel is converted into a pilot fuel flow rate fluctuation of the gas turbine input heat generation amount by the gain calculator 330 considering the heat generation amount of the fuel. By converting to a correction value and subtracting by the subtracter 332, the starting fuel pilot fuel source flow 315a is used as the starting fuel pilot fuel flow signal 315e.

この起動用燃料パイロット燃料流量信号315eをパイロット燃料制限器314bにて運転状態によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるように補正して、パイロット燃料供給信号315cとして出力する。この際、実施例1〜3に示した各制御装置100、100a、100bと異なり、二酸化炭素回収付IGCCプラントで生成される水素を含む燃料は、水素濃度の異なる石炭ガス化燃料を混合した燃料であるため、実際にガスタービン燃焼器1aに供給される燃料の水素濃度304は、ガス精製装置203から直接ガスタービンに供給される系統に設置された水素濃度検出手段102aから検出される石炭ガス化ガス水素濃度信号338、同系統の石炭ガス化ガス流量信号339、および二酸化炭素回収装置207から供給される系統に設置された水素濃度検出手段102bから得られるCO回収後石炭ガス水素濃度信号340、同系統のCO回収後石炭ガス流量信号341を入力して供給水素濃度演算器342によって算出することで、燃料の水素濃度304を得ている。 The starting fuel pilot fuel flow signal 315e is corrected by the pilot fuel limiter 314b so as to be a value between the upper limit and the lower limit of the pilot fuel supply signal determined by the operating state, and is output as a pilot fuel supply signal 315c. Under the present circumstances, unlike each control apparatus 100, 100a, 100b shown in Examples 1-3, the fuel containing the hydrogen produced | generated in the IGCC plant with a carbon dioxide recovery is the fuel which mixed the coal gasification fuel from which hydrogen concentration differs Therefore, the hydrogen concentration 304 of the fuel that is actually supplied to the gas turbine combustor 1a is the coal gas detected from the hydrogen concentration detecting means 102a installed in the system that is directly supplied from the gas purification device 203 to the gas turbine. Coal gas hydrogen concentration signal 338, coal gasification gas flow rate signal 339 of the same system, and CO 2 recovered coal gas hydrogen concentration signal obtained from hydrogen concentration detection means 102b installed in the system supplied from carbon dioxide recovery device 207 340, can be calculated by the supply of hydrogen concentration calculator 342 by entering the CO 2 recovery after coal gas flow signal 341 of the same strain , To obtain a hydrogen concentration 304 of the fuel.

二酸化炭素回収付IGCCプラントの起動時には石炭ガス化炉202からの石炭ガス化燃料21は生成されていないため、起動初期には、上記の起動用燃料パイロット燃料供給信号315cは補正なしに起動用燃料15の流量指示値として使用される。   Since the coal gasification fuel 21 from the coal gasification furnace 202 is not generated at the time of starting the IGCC plant with carbon dioxide recovery, the start-up fuel pilot fuel supply signal 315c is not corrected at the initial start-up time. Used as a flow rate indication value of 15.

石炭ガス化炉202が起動して石炭ガス化燃料21が生成し始めると、ガスタービン燃焼器1aへの燃料供給は起動用燃料15から石炭ガス化燃料21へパイロットバーナ22に供給する燃料を切り替える運転を行う。   When the coal gasification furnace 202 starts and the coal gasification fuel 21 starts to be generated, the fuel supply to the gas turbine combustor 1a switches the fuel supplied from the start fuel 15 to the coal gasification fuel 21 to the pilot burner 22. Do the driving.

この際には実施例1に示した制御装置100と同様に、水素濃度信号304を入力として投入燃料水素濃度バイアス算出器308により算出された基準ガスタービン投入燃料信号補正値309と基準燃料流量演算器305cにおいて算出された基準ガスタービン投入燃料信号306を加算器310で加算して水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を補正したガスタービン投入燃料信号311を算出する。   At this time, similarly to the control device 100 shown in the first embodiment, the reference gas turbine input fuel signal correction value 309 calculated by the input fuel hydrogen concentration bias calculator 308 with the hydrogen concentration signal 304 as an input and the reference fuel flow rate calculation are calculated. The reference gas turbine input fuel signal 306 calculated in the unit 305c is added by the adder 310 to calculate the gas turbine input fuel signal 311 in which the fluctuation of the fuel heat generation amount due to the change in the hydrogen concentration is corrected.

さらに減算器312によりガスタービン投入燃料信号311からメイン燃料供給信号325を減算してパイロット燃料供給元信号313に変換し、パイロット燃料制限器314によって、運転状態によって定まるパイロット燃料供給信号の上限および下限の間の値になるよう補正したものをパイロット燃料供給信号315として出力し、このパイロット燃料供給信号315に基づいて前記パイロット燃料供給系統122bに設置されたパイロット燃料圧力調整弁105bおよびパイロット燃料流量調整弁106bの開度を変化させてパイロットバーナ22に供給する石炭ガス化燃料流量を制御する。   Further, the subtractor 312 subtracts the main fuel supply signal 325 from the gas turbine input fuel signal 311 to convert it into a pilot fuel supply source signal 313, and the pilot fuel limiter 314 determines the upper and lower limits of the pilot fuel supply signal determined by the operating state. The pilot fuel supply signal 315 is corrected so as to be a value between the pilot fuel supply signal 315 and the pilot fuel pressure adjustment valve 105b installed in the pilot fuel supply system 122b and the pilot fuel flow rate adjustment based on the pilot fuel supply signal 315 The flow rate of the coal gasification fuel supplied to the pilot burner 22 is controlled by changing the opening degree of the valve 106b.

一方、メイン燃料供給信号を算出する制御系統では、基準燃料流量演算器305cで算出された基準メイン燃料流量316を、実施例1〜3に示した各制御装置100、100a、100bと同様に、メイン燃料水素濃度バイアス算出器317によって算出されたメイン燃料流量補正値318と加算器319で加算し、水素濃度の変化に伴う燃料発熱量の変動を補正したメイン燃料元流量320として、メイン燃料安定範囲算出器326での算出値および、メイン燃料制限器321で補正したメイン燃料流量信号322として、信号切替器324で運用可能であればメイン燃料流量信号322を、運用不可能であれば燃料流量0をメイン燃料供給信号325として出力する運転を行う。   On the other hand, in the control system that calculates the main fuel supply signal, the reference main fuel flow rate 316 calculated by the reference fuel flow rate calculator 305c is used in the same manner as the control devices 100, 100a, and 100b shown in the first to third embodiments. The main fuel flow rate correction value 318 calculated by the main fuel hydrogen concentration bias calculator 317 is added by the adder 319, and the main fuel stable flow rate 320 is obtained as a main fuel source flow rate 320 corrected for fluctuations in the amount of heat generated by the change in hydrogen concentration. As the calculated value in the range calculator 326 and the main fuel flow rate signal 322 corrected by the main fuel limiter 321, the main fuel flow rate signal 322 is used if the signal switch 324 is operable, and the fuel flow rate is determined if it is not operable. An operation of outputting 0 as the main fuel supply signal 325 is performed.

この後、ガスタービン燃焼器1aの各メインバーナ23の内周側と外周側とに燃料を供給する燃料比率を、メイン内外周比率演算器335によって算出して前記メイン燃料供給信号325と乗算することにより、メイン内周側燃料供給信号336及びメイン外周側燃料供給信号337を得ているのは実施例3に示した制御装置100bの場合と同様である。
Thereafter, a fuel ratio for supplying fuel to the inner peripheral side and the outer peripheral side of each main burner 23 of the gas turbine combustor 1a is calculated by the main inner / outer peripheral ratio calculator 335 and multiplied by the main fuel supply signal 325. Thus, the main inner peripheral fuel supply signal 336 and the main outer peripheral fuel supply signal 337 are obtained in the same manner as in the control device 100b shown in the third embodiment.

本実施例の制御装置100cにおいて、石炭ガス化燃料21中の水素濃度信号338或いは341が減少した場合には、ガスタービン燃焼器1aの安定燃焼を確保するためにメインバーナ23である同軸ノズルの内周側の燃焼比率が外周側の燃焼比率よりも高くなるように、内周側メイン燃料供給系統123aを通じて供給する燃料流量が外周側メイン燃料供給系統124aを通じて供給する燃料流量より多くなるように、前記内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108a、並びに外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bの開度を制御装置100bによってそれぞれ制御して、メインバーナ23の内周側の燃焼比率を上げる。   In the control apparatus 100c of the present embodiment, when the hydrogen concentration signal 338 or 341 in the coal gasification fuel 21 decreases, the coaxial nozzle that is the main burner 23 is used to ensure stable combustion of the gas turbine combustor 1a. The fuel flow rate supplied through the inner peripheral side main fuel supply system 123a is higher than the fuel flow rate supplied through the outer peripheral side main fuel supply system 124a so that the combustion ratio on the inner peripheral side becomes higher than the combustion ratio on the outer peripheral side. The opening degree of the inner peripheral side main fuel pressure adjusting valve 107a and the inner peripheral side main fuel flow rate adjusting valve 108a, and the outer peripheral side main fuel pressure adjusting valve 107b and the outer peripheral side main fuel flow rate adjusting valve 108b are respectively controlled by the control device 100b. Then, the combustion ratio on the inner peripheral side of the main burner 23 is increased.

次に、石炭ガス化燃料21中の水素濃度信号338或いは341が増加して水素濃度が所定の値(例えば約48%)に達するまでは、ガスタービン燃焼器1aのメインバーナ23である同軸ノズルの内周側の燃焼比率が外周側の燃焼比率よりも低くなるように、内周側メイン燃料供給系統123aを通じて供給する燃料流量が外周側メイン燃料供給系統124aを通じて供給する燃料流量より少なくなるように、前記内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108a、並びに外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bの開度を制御装置100bによってそれぞれ制御して、メインバーナ23の外周側の燃焼比率を上げる。   Next, until the hydrogen concentration signal 338 or 341 in the coal gasified fuel 21 increases and the hydrogen concentration reaches a predetermined value (for example, about 48%), the coaxial nozzle which is the main burner 23 of the gas turbine combustor 1a. The fuel flow rate supplied through the inner peripheral main fuel supply system 123a is smaller than the fuel flow rate supplied through the outer peripheral main fuel supply system 124a so that the combustion ratio on the inner peripheral side is lower than the combustion ratio on the outer peripheral side. Further, the opening degree of the inner peripheral main fuel pressure adjusting valve 107a and the inner peripheral main fuel flow rate adjusting valve 108a, and the outer peripheral main fuel pressure adjusting valve 107b and the outer peripheral main fuel flow rate adjusting valve 108b are respectively controlled by the control device 100b. By controlling, the combustion ratio on the outer peripheral side of the main burner 23 is increased.

更に、石炭ガス化燃料21中の水素濃度信号338或いは341が増加して水素濃度が所定の濃度(例えば約48%)を超えた場合には、ガスタービン燃焼器1aの燃焼室内に形成される火炎の位置が燃焼室下流側に移動させてガスタービン燃焼器の信頼性を確保するために、メインバーナ23である同軸ノズルの内周側の燃焼比率が外周側の燃焼比率よりも高くなるように、内周側メイン燃料供給系統123aを通じて供給する燃料流量が外周側メイン燃料供給系統124aを通じて供給する燃料流量より多くなるように、前記内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108a、並びに外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bの開度を制御装置100bによってそれぞれ制御して、メインバーナ23の内周側の燃焼比率を上げる。   Further, when the hydrogen concentration signal 338 or 341 in the coal gasified fuel 21 increases and the hydrogen concentration exceeds a predetermined concentration (for example, about 48%), it is formed in the combustion chamber of the gas turbine combustor 1a. In order to move the flame position downstream of the combustion chamber and ensure the reliability of the gas turbine combustor, the combustion ratio on the inner peripheral side of the coaxial nozzle as the main burner 23 is made higher than the combustion ratio on the outer peripheral side. Further, the inner peripheral main fuel pressure adjustment valve 107a and the inner peripheral main fuel are adjusted so that the fuel flow rate supplied through the inner peripheral main fuel supply system 123a is larger than the fuel flow rate supplied through the outer peripheral main fuel supply system 124a. The opening degree of the flow rate adjusting valve 108a, the outer peripheral side main fuel pressure adjusting valve 107b, and the outer peripheral side main fuel flow rate adjusting valve 108b is adjusted by the control device 100b. Control to raise the combustion ratio of the inner circumferential side of the main burner 23.

この結果、パイロット燃料供給信号315cに対するメイン燃料供給信号325の燃料比率が減少するので、燃料中の水素濃度が減少した場合でもガスタービン燃焼器の燃焼は安定燃焼範囲内に制御することが可能となり、ガスタービン燃焼器の安定燃焼を実現することができる。   As a result, the fuel ratio of the main fuel supply signal 325 to the pilot fuel supply signal 315c decreases, so that the combustion of the gas turbine combustor can be controlled within the stable combustion range even when the hydrogen concentration in the fuel decreases. The stable combustion of the gas turbine combustor can be realized.

本実施例によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に用いた場合に、水素濃度の変動に起因して形成される火炎がガスタービン燃焼器の構造物に接近して信頼性上の問題を引き起こすことを回避すると共に、低NOx燃焼性能を維持し得る予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。   According to this embodiment, when a fuel having a varying hydrogen concentration contained in the fuel is used in a gas turbine combustor, the flame formed due to the variation in the hydrogen concentration becomes a structure of the gas turbine combustor. It is possible to realize a premixed combustion type gas turbine combustor control device and a gas turbine combustor control method capable of avoiding close proximity and causing reliability problems and maintaining low NOx combustion performance.

本発明はガスタービンプラントに設置されたガスタービン燃焼器の燃料流量制御として、特に燃料組成に水素を含む燃料によって運転される予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器の制御装置およびガスタービン燃焼器の制御方法に適用可能である。   The present invention relates to a fuel flow control of a gas turbine combustor installed in a gas turbine plant, in particular, a control device for a premixed combustion type gas turbine combustor operated by a fuel containing hydrogen in the fuel composition and a gas turbine combustor. Applicable to control method.

1:ガスタービン燃焼器、1a:ガスタービン燃焼室、2:燃焼器外筒、3:燃焼器ライナー、4:燃焼器尾筒、5:圧縮機、6:タービン、7:車室、8:燃焼器エンドカバー、10:圧縮空気、11:冷却空気、12:燃焼用空気、13:燃焼ガス、14:燃料、14a:燃料供給系統、15:起動用燃料、16:石炭、17:酸素18:石炭ガス化ガス、19:水蒸気、20:高水素濃度(CO回収後)石炭ガス化ガス、21:石炭ガス化燃料、22:パイロットバーナ、23:予混合燃焼方式メインバーナ、24:空気孔プレート、25:燃料ノズル、26:燃料分配器、100:制御装置、101:燃料圧縮機、102、102a、102b:水素濃度検知手段、103:遮断弁、104:起動用燃料遮断弁、105:パイロット燃料圧力調整弁、105a:起動用燃料パイロット燃料圧力調整弁、105b:水素含有パイロット燃料圧力調整弁、106:パイロット燃料流量調整弁、106a:起動用燃料パイロット燃料流量調整弁、106b:水素含有燃料パイロット燃料流量調整弁、107:メイン燃料供給圧力調整弁、107a:内周側メイン燃料圧力調整弁、107b:外周側メイン燃料圧力調整弁、108:メイン燃料流量調整弁、108a:内周側メイン燃料流量調整弁、108b:外周側メイン燃料流量調整弁、122、122b:パイロット燃料供給系統、123:メイン燃料供給系統、123a:内周側メイン燃料供給系統、124a:外周側メイン燃料供給系統、201:酸素製造装置、202:石炭ガス化炉、203:石炭ガス化ガス精製装置、204、205:流量調整弁、206:シフト反応器、207:二酸化炭素回収装置、208:流量調整弁、209:ガス処理炉、301:運転指令信号、302:ガスタービン回転数信号、303:ガスタービン運転計画線、304:水素濃度信号、305、305a、305b:基準燃料流量演算器、306:基準ガスタービン投入燃料信号、307:基準メイン燃料流量演算器、308:投入燃料水素濃度バイアス算出器、309:基準ガスタービン投入燃料信号補正値、310:加算器、311:ガスタービン投入燃料信号、312:減算器、313:パイロット燃料供給元信号、314:パイロット燃料制限器、315:パイロット燃料供給信号、315a:パイロット燃料元流量、315b:パイロット燃料供給元信号、315c:起動用燃料パイロット燃料供給信号、315d:パイロットバーナ投入熱量信号、315e:起動用燃料パイロット燃料流量信号、316:基準メイン燃料流量、317:メイン燃料水素濃度バイアス算出器、318:メイン燃料流量補正値、319:加算器、320:メイン燃料元流量、321:メイン燃料制限器、322:メイン燃料流量信号、323:比較器、324:信号切替器、325:メイン燃料供給信号、326:メイン燃料安定範囲算出器、、327:メイン燃料安定範囲バイアス、328:パイロット燃料制限補正値演算器、329:パイロット燃料制限器水素濃度バイアス、330:ゲイン演算器、331:パイロット燃料流量発熱量変動補正値、332:減算器、333:メイン内外周比率演算器、334:メイン内外周比率信号、335:メイン内外周燃料流量演算器、336:メイン内周側燃料供給信号、337:メイン外周側燃料供給信号、338:石炭ガス化ガス水素濃度信号、339:石炭ガス化ガス流量信号、340:CO回収後石炭ガス水素濃度信号、341:CO回収後石炭ガス流量信号、342:供給水素濃度演算器。 1: gas turbine combustor, 1a: gas turbine combustion chamber, 2: combustor outer cylinder, 3: combustor liner, 4: combustor tail cylinder, 5: compressor, 6: turbine, 7: vehicle compartment, 8: Combustor end cover, 10: compressed air, 11: cooling air, 12: combustion air, 13: combustion gas, 14: fuel, 14a: fuel supply system, 15: starting fuel, 16: coal, 17: oxygen 18 : Coal gasification gas, 19: Water vapor, 20: High hydrogen concentration (after CO 2 recovery) Coal gasification gas, 21: Coal gasification fuel, 22: Pilot burner, 23: Premixed combustion system main burner, 24: Air Hole plate, 25: Fuel nozzle, 26: Fuel distributor, 100: Control device, 101: Fuel compressor, 102, 102a, 102b: Hydrogen concentration detection means, 103: Shut-off valve, 104: Fuel shut-off valve for activation, 105 : Pyro Fuel pressure regulating valve, 105a: starting fuel pilot fuel pressure regulating valve, 105b: hydrogen containing pilot fuel pressure regulating valve, 106: pilot fuel flow regulating valve, 106a: starting fuel pilot fuel regulating valve, 106b: hydrogen containing Fuel pilot fuel flow rate adjustment valve 107: Main fuel supply pressure adjustment valve 107a: Inner peripheral side main fuel pressure adjustment valve 107b: Outer peripheral side main fuel pressure adjustment valve 108: Main fuel flow rate adjustment valve 108a: Inner peripheral side Main fuel flow rate adjustment valve 108b: Outer peripheral side main fuel flow rate adjustment valve 122, 122b: Pilot fuel supply system 123: Main fuel supply system 123a: Inner peripheral side main fuel supply system 124a: Outer peripheral side main fuel supply system 201: Oxygen production equipment, 202: Coal gasification furnace, 203: Coal gasification gas purification equipment 204, 205: Flow rate adjusting valve, 206: Shift reactor, 207: Carbon dioxide recovery device, 208: Flow rate adjusting valve, 209: Gas processing furnace, 301: Operation command signal, 302: Gas turbine rotation speed signal, 303: Gas turbine operation plan line, 304: hydrogen concentration signal, 305, 305a, 305b: reference fuel flow rate calculator, 306: reference gas turbine input fuel signal, 307: reference main fuel flow rate calculator, 308: input fuel hydrogen concentration bias calculation 309: Reference gas turbine input fuel signal correction value, 310: Adder, 311: Gas turbine input fuel signal, 312: Subtractor, 313: Pilot fuel supply source signal, 314: Pilot fuel limiter, 315: Pilot fuel Supply signal, 315a: Pilot fuel source flow rate, 315b: Pilot fuel supply source signal, 3 5c: Startup fuel pilot fuel supply signal, 315d: Pilot burner input heat amount signal, 315e: Startup fuel pilot fuel flow signal, 316: Reference main fuel flow rate, 317: Main fuel hydrogen concentration bias calculator, 318: Main fuel flow rate Correction value, 319: adder, 320: main fuel source flow rate, 321: main fuel limiter, 322: main fuel flow rate signal, 323: comparator, 324: signal switcher, 325: main fuel supply signal, 326: main Fuel stable range calculator, 327: Main fuel stable range bias, 328: Pilot fuel limit correction value calculator, 329: Pilot fuel limiter hydrogen concentration bias, 330: Gain calculator, 331: Pilot fuel flow rate calorific value correction Value, 332: subtractor, 333: main inner / outer circumference ratio calculator, 334: memory Inner / outer periphery ratio signal, 335: Main inner / outer periphery fuel flow rate calculator, 336: Main inner periphery side fuel supply signal, 337: Main outer periphery side fuel supply signal, 338: Coal gasification gas hydrogen concentration signal, 339: Coal gasification Gas flow rate signal, 340: Coal gas hydrogen concentration signal after CO 2 recovery, 341: Coal gas flow rate signal after CO 2 recovery, 342: Supply hydrogen concentration calculator.

Claims (3)

燃料組成に水素を含む燃料と、燃料組成に水素を含まない起動用燃料を燃焼するバーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、
ガスタービン燃焼器に備えた前記バーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成し、
ガスタービン燃焼器のバーナに燃料を供給する燃料系統として前記パイロットバーナに燃料組成に水素を含まない起動用燃料を供給するパイロット燃料供給系統と前記メインバーナに燃料組成に水素を含む燃料を供給するメイン燃料供給系統をそれぞれ配設し、
前記メインバーナは複数の燃料ノズルと前記燃料ノズルに対応して空気プレートに形成された複数の空気孔とが同軸に構成されて該前記メインバーナの内周側と外周側とに配置された同軸ノズルバーナを構成しており、
前記メイン燃料供給系統は前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する内周側メイン燃料供給系統と、前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する外周側メイン燃料供給系統とを備えており、
前記メイン燃料系統に燃料に含まれる水素濃度を検出する水素濃度検出器を設け、
前記水素濃度検出器で検出した燃料に含まれる水素濃度の値に基づいて外周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量と、前記内周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量との配分を制御する制御装置を設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置
In a control device for a gas turbine combustor including a fuel containing hydrogen in a fuel composition and a burner that burns a starting fuel that does not contain hydrogen in the fuel composition,
The burner provided in the gas turbine combustor is a pilot burner that performs diffusion combustion for holding the flame of the entire gas turbine combustor, and a plurality of the burners that are installed on the outer peripheral side of the pilot burner to perform premixed combustion that performs low NOx combustion. Consists of a main burner and
As a fuel system for supplying fuel to the burner of the gas turbine combustor, a pilot fuel supply system for supplying starter fuel not containing hydrogen in the fuel composition to the pilot burner, and a fuel containing hydrogen in the fuel composition to the main burner Each main fuel supply system is arranged,
In the main burner, a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes formed in an air plate corresponding to the fuel nozzles are coaxially arranged and arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the main burner. Consists of a nozzle burner,
The main fuel supply system includes an inner peripheral main fuel supply system that supplies fuel to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner, and an outer peripheral main fuel supply system that supplies fuel to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner. And
A hydrogen concentration detector for detecting the hydrogen concentration contained in the fuel is provided in the main fuel system,
The flow rate of the fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner through the outer peripheral main fuel supply system based on the value of the hydrogen concentration contained in the fuel detected by the hydrogen concentration detector, and the inner peripheral main fuel A control device for a gas turbine combustor, characterized in that a control device for controlling the distribution of the flow rate of fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner through a supply system is installed .
石炭から石炭ガスを生成する石炭ガス化炉と、石炭ガス化炉で生成した石炭ガスから二酸化炭素と水素を生成するシフト反応器と、石炭ガス化炉で生成した石炭ガスとシフト反応器で生成した水素とを含んだ石炭ガス化燃料を燃焼するガスタービン燃焼器を有するガスタービンを備えた二酸化炭素回収付IGCCプラントであって、燃料組成に水素を含む燃料と、燃料組成に水素を含まない起動用燃料を燃焼するバーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、
ガスタービン燃焼器に備えた前記バーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成し、
ガスタービン燃焼器のバーナに燃料を供給する燃料系統として前記パイロットバーナに燃料組成に水素を含まない起動用燃料を供給するパイロット燃料供給系統と前記メインバーナに燃料組成に水素を含む燃料を供給するメイン燃料供給系統をそれぞれ配設し、
前記メインバーナは複数の燃料ノズルと前記燃料ノズルに対応して空気プレートに形成された複数の空気孔とが同軸に構成されて該前記メインバーナの内周側と外周側とに配置された同軸ノズルバーナを構成しており、
前記メイン燃料供給系統は前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する内周側メイン燃料供給系統と、前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する外周側メイン燃料供給系統とを備えており、
前記メイン燃料系統に燃料に含まれる水素濃度を検出する水素濃度検出器を設け、
前記水素濃度検出器で検出した燃料に含まれる水素濃度の値に基づいて外周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量と、前記内周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量との配分を制御する制御装置を設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置
Coal gasifier that generates coal gas from coal, shift reactor that generates carbon dioxide and hydrogen from coal gas generated in the coal gasifier, and coal gas and shift reactor that generate in coal gasifier An IGCC plant with a carbon dioxide recovery having a gas turbine having a gas turbine combustor that burns coal gasified fuel containing hydrogen, the fuel composition containing hydrogen and the fuel composition not containing hydrogen In a control device for a gas turbine combustor including a burner for burning a starting fuel,
The burner provided in the gas turbine combustor is a pilot burner that performs diffusion combustion for holding the flame of the entire gas turbine combustor, and a plurality of the burners that are installed on the outer peripheral side of the pilot burner to perform premixed combustion that performs low NOx combustion. Consists of a main burner and
As a fuel system for supplying fuel to the burner of the gas turbine combustor, a pilot fuel supply system for supplying starter fuel not containing hydrogen in the fuel composition to the pilot burner, and a fuel containing hydrogen in the fuel composition to the main burner Each main fuel supply system is arranged,
In the main burner, a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes formed in an air plate corresponding to the fuel nozzles are coaxially arranged and arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the main burner. Consists of a nozzle burner,
The main fuel supply system includes an inner peripheral main fuel supply system that supplies fuel to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner, and an outer peripheral main fuel supply system that supplies fuel to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner. And
A hydrogen concentration detector for detecting the hydrogen concentration contained in the fuel is provided in the main fuel system,
The flow rate of the fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner through the outer peripheral main fuel supply system based on the value of the hydrogen concentration contained in the fuel detected by the hydrogen concentration detector, and the inner peripheral main fuel A control device for a gas turbine combustor, characterized in that a control device for controlling the distribution of the flow rate of fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner through a supply system is installed .
ガスタービン燃焼器に備えたバーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成して、燃料組成に水素を含む燃料を前記バーナで燃焼するガスタービン燃焼器の制御方法において、
ガスタービン燃焼器に備えた前記バーナはガスタービン燃焼器全体の保炎を担う拡散燃焼を行うパイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周側に複数個設置されて低NOx燃焼を行う予混合燃焼を行うメインバーナとで構成されており、
ガスタービン燃焼器のバーナに燃料を供給する燃料系統として前記パイロットバーナに燃料組成に水素を含まない起動用燃料を供給するパイロット燃料供給系統と前記メインバーナに燃料組成に水素を含む燃料を供給するメイン燃料供給系統をそれぞれ配設し、
前記メインバーナは複数の燃料ノズルと前記燃料ノズルに対応して空気プレートに形成された複数の空気孔とが同軸に構成されて該前記メインバーナの内周側と外周側とに配置された同軸ノズルバーナによって構成されており、
前記メイン燃料供給系統として前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する内周側メイン燃料供給系統と、前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに燃料を供給する外周側メイン燃料供給系統とが配設されており、
前記メイン燃料系統に設けた水素濃度検出器によって燃料に含まれる水素濃度を検出し、
前記水素濃度検出器で検出した燃料に含まれる水素濃度の値に基づいて外周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの外周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量と、前記内周側メイン燃料供給系統を通じて前記メインバーナの内周側の同軸ノズルバーナに供給される燃料の流量との配分を制御する制御装置を設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法
The burner provided in the gas turbine combustor is a pilot burner that performs diffusion combustion for holding the flame of the entire gas turbine combustor, and a main burner that is installed on the outer peripheral side of the pilot burner and performs premixed combustion that performs low NOx combustion. In a control method of a gas turbine combustor that burns fuel containing hydrogen in the fuel composition with the burner,
The burner provided in the gas turbine combustor is a pilot burner that performs diffusion combustion for holding the flame of the entire gas turbine combustor, and a plurality of the burners that are installed on the outer peripheral side of the pilot burner to perform premixed combustion that performs low NOx combustion. It consists of a main burner and
As a fuel system for supplying fuel to the burner of the gas turbine combustor, a pilot fuel supply system for supplying starter fuel not containing hydrogen in the fuel composition to the pilot burner, and a fuel containing hydrogen in the fuel composition to the main burner Each main fuel supply system is arranged,
In the main burner, a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes formed in an air plate corresponding to the fuel nozzles are coaxially arranged and arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the main burner. It consists of a nozzle burner,
As the main fuel supply system, an inner peripheral main fuel supply system that supplies fuel to the coaxial nozzle burner on the inner peripheral side of the main burner, and an outer peripheral side main fuel supply system that supplies fuel to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner And are arranged,
Detecting the hydrogen concentration contained in the fuel by a hydrogen concentration detector provided in the main fuel system,
The flow rate of the fuel supplied to the coaxial nozzle burner on the outer peripheral side of the main burner through the outer peripheral main fuel supply system based on the value of the hydrogen concentration contained in the fuel detected by the hydrogen concentration detector, and the inner peripheral main fuel A control method for a gas turbine combustor, wherein a control device is provided for controlling distribution of a flow rate of fuel supplied to a coaxial nozzle burner on an inner peripheral side of the main burner through a supply system .
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