JP5178790B2 - Fuel control method and fuel control apparatus for gas turbine combustor for gas turbine using high humidity air - Google Patents

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本発明は、高湿分空気利用ガスタービンに搭載する低NOxガスタービン燃焼器を安定に運用する高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法および燃料制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel control method and a fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine that stably operates a low-NOx gas turbine combustor mounted on a high-humidity air-utilizing gas turbine.

公知例の特開2008−175098号公報には、ガスタービン作動流体(空気)に水分を添加して加湿し、この加湿空気によってガスタービン排ガスの持つ熱エネルギーを回収することで、出力及び効率の向上を図る高湿分空気利用ガスタービン発電プラントにおいて、水分添加開始の前後に燃焼器の低NOx性能を確保しつつ火炎の安定性を維持可能にする燃料制御に関する技術が開示されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2008-175098, which is a well-known example, moisture is added to a gas turbine working fluid (air) and humidified, and the heat energy of the gas turbine exhaust gas is recovered by the humidified air, thereby improving the output and efficiency. In a high-humidity air-utilizing gas turbine power plant that aims to improve, a technique relating to fuel control is disclosed that makes it possible to maintain flame stability while ensuring low NOx performance of the combustor before and after the start of moisture addition.

一般に、ガスタービン起動時の回転数上昇時には、圧縮機吸込み空気流量や回転体の振動特性が変化するため、定格回転数到達後に比べると外乱により系が不安定になりやすい傾向がある。高湿分空気利用ガスタービンプラントにおいても、回転数上昇途中に水分添加を開始するとガスタービンに対して外乱を与えることになるため、起動時の安定性を確保するためには定格回転数到達後の部分負荷状態で水分添加を開始する方が望ましい。   In general, when the rotational speed rises at the time of starting the gas turbine, the compressor intake air flow rate and the vibration characteristics of the rotating body change, so that the system tends to become unstable due to disturbance compared to after reaching the rated rotational speed. Even in high-humidity air-based gas turbine plants, if water addition is started while the rotational speed is increasing, disturbance will be given to the gas turbine. Therefore, to ensure the stability at startup, after reaching the rated rotational speed It is desirable to start adding water in the partial load state.

一方、ガスタービン燃焼器で発生する窒素酸化物(NOx)は、天然ガスや灯油、軽油等の窒素含有量の少ない燃料を用いる場合、空気中の窒素が酸化されて発生するサーマルNOxが大部分である。サーマルNOxの生成は温度依存性が高いため、一般にこれらの燃料を使用するガスタービンでは、火炎温度の低減が低NOx燃焼法の基本思想である。   On the other hand, the nitrogen oxide (NOx) generated in the gas turbine combustor is mostly thermal NOx generated by oxidation of nitrogen in the air when using a fuel having a low nitrogen content such as natural gas, kerosene, and light oil. It is. Since the generation of thermal NOx is highly temperature-dependent, generally in gas turbines using these fuels, the reduction in flame temperature is the basic idea of the low NOx combustion method.

火炎温度を低減する方策として、燃料と空気を予め混合した後に燃焼させる予混合燃焼が知られている。また、高湿分空気利用ガスタービンプラントのように、再生器により燃焼用空気が高温化されている場合には、燃料の自発火を防止しつつ火炎温度を適度に制御して低NOx化を図る必要があり、そのためには、前記特開2008−175098号公報に開示されているように、燃料と空気を多数の小径の同軸噴流としてガスタービン燃焼室に噴出して燃焼させる技術が有効である。   As a measure for reducing the flame temperature, premixed combustion in which fuel and air are mixed in advance and then burned is known. In addition, when the combustion air is heated by the regenerator as in a high-humidity air-utilizing gas turbine plant, the flame temperature is appropriately controlled while reducing the NOx reduction while preventing spontaneous combustion of the fuel. For this purpose, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-175098, a technique for injecting and burning fuel and air into a gas turbine combustion chamber as many small-diameter coaxial jets is effective. is there.

このような低NOx化を図るガスタービン燃焼器では、低NOx性能と火炎の安定性を両立させるために燃料流量と空気流量の比である燃空比を所定の範囲に調節することが肝要である。   In such a gas turbine combustor that achieves low NOx, it is important to adjust the fuel-air ratio, which is the ratio of the fuel flow rate to the air flow rate, within a predetermined range in order to achieve both low NOx performance and flame stability. is there.

公知例の特開平07−189743号公報には、一般のガスタービンに使用される低NOxガスタービン燃焼器として、ガスタービンの運用にともなう圧縮機入口案内弁の開度変化、大気温度変化、大気圧力変化に起因する空気流量の変化や、燃料温度および燃料発熱量変化に起因する燃料流量の変化に基づいて、ガスタービン燃焼器に供給する燃料流量と空気流量の比を調整する技術が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-189743 discloses a known example of a low NOx gas turbine combustor used in a general gas turbine, such as a change in the opening of a compressor inlet guide valve, an atmospheric temperature change, A technique for adjusting the ratio of the fuel flow rate to the gas turbine combustor and the air flow rate based on the change in the air flow rate due to the pressure change and the change in the fuel flow rate due to the change in the fuel temperature and the heat generation amount of the fuel is disclosed. ing.

特開2008−175098号公報JP 2008-175098 A 特開平07−189743号公報JP 07-189743 A

高湿分空気利用ガスタービンプラントで水分添加が開始されると、ガスタービン燃焼器では燃焼空気中の湿分が増加するため、燃料の燃焼熱が湿分に奪われて火炎温度が低下してNOx発生量は減少する。また、水分の添加によってタービン作動流体の流量が増加するため、回転数を一定に保持するために燃料が減少することによっても火炎温度が低下してNOx発生量は減少する。   When moisture addition is started in a high-humidity air-based gas turbine plant, the moisture in the combustion air increases in the gas turbine combustor, so the combustion heat of the fuel is deprived of moisture and the flame temperature decreases. The amount of NOx generated decreases. Moreover, since the flow rate of the turbine working fluid increases due to the addition of moisture, the flame temperature also decreases and the amount of NOx generated decreases when the fuel decreases in order to keep the rotational speed constant.

さらにガスタービン燃焼器で燃焼する火炎温度が低下したことにより、再生器での回収熱量が減少するため、燃焼空気温度が低下することによっても火炎温度が低下し、NOx発生量は減少する。   Further, since the amount of recovered heat in the regenerator is reduced due to a decrease in the temperature of the flame combusted in the gas turbine combustor, the temperature of the flame is also reduced due to a decrease in the combustion air temperature, and the amount of NOx generated is reduced.

このように水分添加が開始されることよって、(1)湿分増加、(2)燃料減少、(3)空気温度低下が同時に進行して火炎温度が低下するため、NOx発生量は減少するが、逆に火炎の安定性は悪くなる。   By starting the addition of moisture in this way, (1) increase in moisture, (2) decrease in fuel, and (3) decrease in air temperature simultaneously advance the flame temperature, so that the amount of NOx generated decreases. On the contrary, the stability of the flame becomes worse.

そこで、あらかじめ水分添加を考慮してガスタービン燃焼器に供給する空気配分を設定しておけば、高湿分条件で火炎の吹き消えが生じないようにガスタービン燃焼器の頭部の予混合部または同軸噴流部に供給する空気流量を適切に設定することができる。   Therefore, if the distribution of air to be supplied to the gas turbine combustor is set in consideration of moisture addition in advance, the premixing section at the head of the gas turbine combustor will prevent the flame from blowing out under high humidity conditions. Or the air flow rate supplied to a coaxial jet part can be set appropriately.

しかしながら、このようにガスタービン燃焼器に供給する空気配分が設定されたガスタービン燃焼器では、水分添加開始前には上記とは逆に火炎温度が高くなるため、火炎の安定性は確保されるもののNOx発生量は増加する傾向がある。   However, in the gas turbine combustor in which the distribution of air to be supplied to the gas turbine combustor is set in this way, the flame temperature becomes high contrary to the above before the start of moisture addition, so that the stability of the flame is ensured. However, the amount of NOx generated tends to increase.

すなわち、高湿分空気利用ガスタービンにおいては、水分添加開始前後で、ガスタービン燃焼器のNOx生成および火炎安定性に対して大きな条件変化が生ずる。また、水分添加開始後に弁制御やその系の体積等によって、ガスタービン増負荷時には、燃焼用空気に実際に水分が添加されるまでに遅れが生じると考えられる。   That is, in the high-humidity air-utilizing gas turbine, a large change in conditions occurs in the NOx generation and flame stability of the gas turbine combustor before and after the start of moisture addition. Further, it is considered that there is a delay until the water is actually added to the combustion air when the gas turbine is increased due to valve control or the volume of the system after the start of water addition.

またガスタービン降負荷時には、同様の理由によって燃焼用空気の湿度が低下するまでに遅れが生じると考えられる。このような条件変化に対してもガスタービン燃焼器を低NOxで安定に燃焼する制御手段が求められる。   Further, it is considered that there is a delay before the humidity of the combustion air decreases for the same reason when the gas turbine is loaded. Control means that stably burns the gas turbine combustor with low NOx is also required against such a change in conditions.

そこで、前記特開2008−175098号公報に開示されたように、個別に燃料が供給される複数の燃焼部を備えたガスタービン燃焼器の一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部(空気流に旋回成分を与える空気孔を備えた燃焼部)で構成し、増湿開始後の所定の間、保炎性に優れた燃焼部における燃焼ガス温度が増湿開始前の燃焼ガス温度以上となるように、保炎性に優れた燃焼部に供給される燃料の比率を大きく設定して燃料を制御することによって、加湿後の燃焼安定性を確保することができる。   Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-175098, a part of the combustion part of the gas turbine combustor having a plurality of combustion parts to which fuel is individually supplied is held more flame than the other combustion parts. Combustion section (combustion section with air holes that give a swirl component to the air flow) with excellent heat resistance, and the combustion gas temperature in the combustion section with excellent flame holding performance is increased for a predetermined period after the start of humidification. Combustion stability after humidification can be ensured by controlling the fuel by setting the ratio of the fuel supplied to the combustion section with excellent flame-holding property so that the combustion gas temperature is higher than the start temperature. it can.

このような湿度の変化に対して、前記特開平07−189743号公報に開示されているような制御装置の技術を適用して燃焼の安定性を確保する場合は、圧縮空気中の湿分を計測し、その値をもとに燃料流量割合を制御することが考えられる。   In the case where the stability of combustion is ensured by applying the technology of the control device as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-189743 to such a change in humidity, the moisture in the compressed air is reduced. It is conceivable to measure and control the fuel flow rate based on the measured value.

しかしながら、増湿器出口の空気は飽和条件でかつ100℃前後の高温であり、増湿器出口に湿度センサーを設置した場合、この湿度センサーによる湿度計測は誤差が大きくなる可能性がある。また、再生器出口の空気は飽和条件ではないものの450℃〜650℃と高温であり、湿度センサーを設置した場合、再生器出口の湿度センサーには高い耐熱性が要求されるという課題がある。   However, the air at the outlet of the humidifier is at a high temperature of about 100 ° C. under a saturated condition, and when a humidity sensor is installed at the outlet of the humidifier, there is a possibility that the humidity measurement by the humidity sensor has a large error. In addition, although the air at the regenerator outlet is not saturated, it has a high temperature of 450 ° C. to 650 ° C. When the humidity sensor is installed, there is a problem that the humidity sensor at the regenerator outlet requires high heat resistance.

そこで、高湿分空気利用ガスタービンプラントにおいては、水分添加開始後に燃焼器のNOx生成および燃焼安定性に対して大きな条件変化が生じる燃焼空気湿度の変化に対して、低NOxと燃焼安定性を両立するガスタービン燃焼器の制御手段が求められる。   Therefore, in a high-humidity air-utilizing gas turbine plant, low NOx and combustion stability are reduced against changes in combustion air humidity that cause significant changes in NOx generation and combustion stability of the combustor after the start of moisture addition. A compatible gas turbine combustor control means is required.

本発明の目的は、高湿分空気利用ガスタービンの増湿器への水分添加の開始後でガスタービン燃焼器のNOx生成および火炎安定性に対する過渡的な条件変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器を低NOxで安定して燃焼させることを可能にした高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法および燃料制御装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a gas turbine in the event of a transient condition change to NOx generation and flame stability of a gas turbine combustor after the start of moisture addition to the humidifier of a high humidity air-utilizing gas turbine. It is an object of the present invention to provide a fuel control method and a fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine capable of stably combusting the combustor with low NOx.

本発明の高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法は、圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される圧縮空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち一部の燃焼部に他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、前記保炎性に優れた燃焼部に燃料を供給する燃料比率の設定を、前記増湿器の内部温度と増湿器の内圧から推算した圧縮空気の空気湿度をもとに設定して、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを制御することを特徴とする。
また本発明の高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法は、圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される圧縮空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルと同軸となるように空気孔プレートに形成された燃焼用空気を供給する複数の空気孔とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち、空気孔プレートの内周側に位置する燃焼部に空気孔プレートの外周側に位置する他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、前記保炎性に優れた燃焼部に燃料を供給する燃料比率の設定を、前記増湿器の内部温度と増湿器の内圧から推算した圧縮空気の空気湿度をもとに設定して、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを制御することを特徴とする。
A fuel control method for a gas turbine combustor for a gas turbine using high-humidity air according to the present invention includes a compressor, and a gas turbine combustor that generates combustion gas by burning fuel using compressed air compressed by the compressor. A turbine driven by combustion gas generated in the gas turbine combustor, a humidifier that humidifies the compressed air that is compressed by the compressor and supplied to the gas turbine combustor, and water that is supplied to the humidifier A gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine equipped with a regenerative heat exchanger that heats the exhaust gas with exhaust gas exhausted from the turbine, wherein the gas turbine combustor includes a plurality of fuel nozzles for supplying fuel, Combustion that has a plurality of combustion sections configured with a plurality of air flow paths that supply combustion air, and that has better flame holding properties than some of the other combustion sections in some of the plurality of combustion sections Forming part In the fuel control method for a gas turbine combustor, the compressed air obtained by estimating the fuel ratio setting for supplying fuel to the combustion section having excellent flame holding properties from the internal temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier And controlling the flow rate of the fuel supplied to the plurality of combustion portions of the gas turbine combustor.
A fuel control method for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine according to the present invention includes a compressor and gas turbine combustion that generates fuel by burning fuel using compressed air compressed by the compressor. , A turbine driven by combustion gas generated in the gas turbine combustor, a humidifier that humidifies compressed air that is compressed by the compressor and supplied to the gas turbine combustor, and supplies the humidifier A gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine having a regenerative heat exchanger for heating water with exhaust gas exhausted from the turbine, wherein the gas turbine combustor includes a plurality of fuel nozzles for supplying fuel And a plurality of combustion parts that are formed in an air hole plate so as to be coaxial with the fuel nozzle and supply combustion air, and the plurality of combustion parts installed Of these, the fuel control of the gas turbine combustor in which the combustion part located on the inner peripheral side of the air hole plate forms a combustion part having better flame holding properties than the other combustion parts located on the outer peripheral side of the air hole plate In the method, the fuel ratio for supplying fuel to the combustion section having excellent flame holding properties is set based on the air humidity of the compressed air estimated from the internal temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier. And controlling the flow rate ratio of the fuel supplied to the plurality of combustion portions of the gas turbine combustor.

本発明の高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービンであって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち一部の燃焼部に他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に燃料を供給する燃料制御装置は、
増湿器の内部空気温度と増湿器の内圧から推算した燃焼用空気湿度をもとに前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料比率のバイアス量を演算するバイアス演算器と、前記バイアス演算器の出力に基づいて前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を算出する燃料流量比率設定器を備えて、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする。
A fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine according to the present invention includes a compressor and a gas turbine combustor that generates combustion gas by burning fuel using compressed air compressed by the compressor. A turbine driven by combustion gas generated in the gas turbine combustor, a humidifier that humidifies the combustion air compressed by the compressor and supplied to the gas turbine combustor, and the humidifier A high-humidity air-utilizing gas turbine having a regenerative heat exchanger for heating water with exhaust gas exhausted from the turbine, wherein the gas turbine combustor supplies a plurality of fuel nozzles for supplying fuel and combustion air A plurality of combustion sections configured with a plurality of air flow paths, and forming a combustion section having better flame holding properties than the other combustion sections in some of the plurality of installed combustion sections Gas turbine A fuel control apparatus for a burn unit, a fuel control system for supplying fuel to a plurality of the combustion section of the gas turbine combustor,
Bias for calculating the bias amount of the fuel ratio supplied to the combustion part of the gas turbine combustor having excellent flame holding properties based on the combustion air humidity estimated from the internal air temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier A plurality of combustion units of the gas turbine combustor, comprising: a computing unit; and a fuel flow rate ratio setting unit that calculates a fuel ratio to be supplied to the combustion unit having excellent flame holding properties based on an output of the bias computing unit. It is characterized by controlling the flow rate of the supplied fuel.

また本発明の高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービンであって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルと同軸となるように空気孔プレートに形成された燃焼用空気を供給する複数の空気孔とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち、空気孔プレートの内周側に位置する燃焼部に空気孔プレートの外周側に位置する他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に燃料を供給する燃料制御装置は、増湿器の内部空気温度と増湿器の内圧から推算した燃焼用空気湿度をもとに前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料比率のバイアス量を演算するバイアス演算器と、
前記バイアス演算器の出力に基づいて前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を算出する燃料流量比率設定器を備えて、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする。
The fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine according to the present invention is a gas turbine combustion that generates a combustion gas by burning fuel using compressed air compressed by the compressor. , A turbine driven by the combustion gas generated in the gas turbine combustor, a humidifier that humidifies the combustion air compressed by the compressor and supplied to the gas turbine combustor, and the humidifier A high-humidity air-utilizing gas turbine having a regenerative heat exchanger for heating water to be exhausted with exhaust gas exhausted from the turbine, wherein the gas turbine combustor includes a plurality of fuel nozzles for supplying fuel, and the fuel nozzle And a plurality of air holes configured with a plurality of air holes for supplying combustion air formed on the air hole plate so as to be coaxial with the air hole plate. In the fuel control device for a gas turbine combustor, in which a combustion portion having a flame holding property superior to other combustion portions located on the outer peripheral side of the air hole plate is formed in the combustion portion located on the inner peripheral side of the gas hole plate. A fuel control device that supplies fuel to a plurality of combustion sections of a turbine combustor is a gas having excellent flame holding properties based on combustion air humidity estimated from the internal air temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier. A bias calculator for calculating the bias amount of the fuel ratio supplied to the combustion section of the turbine combustor;
A fuel flow rate ratio setting device for calculating a fuel ratio supplied to the combustion section having excellent flame holding properties based on an output of the bias calculator, and a fuel flow ratio setting device for supplying fuel to the plurality of combustion sections of the gas turbine combustor; It is characterized by controlling the flow rate ratio.

本発明によれば、高湿分空気利用ガスタービンの増湿器への水分添加の開始後でガスタービン燃焼器のNOx生成および火炎安定性に対する過渡的な条件変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器を低NOxで安定して燃焼させることを可能にした高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法および燃料制御装置が実現できる。   In accordance with the present invention, when a transient condition change occurs in the NOx generation and flame stability of the gas turbine combustor after the start of moisture addition to the humidifier of the high humidity air-utilizing gas turbine, A fuel control method and a fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine capable of stably combusting the combustor with low NOx can be realized.

本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの概略構成を示す系統図。1 is a system diagram showing a schematic configuration of a high-humidity air-utilizing gas turbine equipped with a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器に設置した燃料ノズルの構成を示す部分構造図。1 is a partial structural diagram showing the configuration of a fuel nozzle installed in a gas turbine combustor that is a first embodiment of the present invention. 図2示した第1実施例のガスタービン燃焼器に設置した燃焼部を構成する空気孔プレートを示す正面図。The front view which shows the air hole plate which comprises the combustion part installed in the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 本発明の第1実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例を表す特性図。The characteristic view showing an example of the operating method of the high-humidity air utilization gas turbine provided with the gas turbine combustor of 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の他の一例を表す特性図。The characteristic view showing another example of the operating method of the high-humidity air utilization gas turbine provided with the gas turbine combustor of 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例のガスタービン燃焼器による燃料制御装置の構成を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows the structure of the fuel control apparatus by the gas turbine combustor of 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例であるガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの概略構成を示す系統図。The system diagram which shows schematic structure of the high-humidity air utilization gas turbine provided with the gas turbine combustor which is 2nd Example of this invention. 本発明の第2実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例を表す特性図。The characteristic view showing an example of the operating method of the high-humidity air utilization gas turbine provided with the gas turbine combustor of 2nd Example of this invention. 本発明の第2実施例のガスタービン燃焼器による燃料制御装置の構成を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows the structure of the fuel control apparatus by the gas turbine combustor of 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例であるガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの概略構成を示す系統図。The system diagram which shows schematic structure of the high-humidity air utilization gas turbine provided with the gas turbine combustor which is 3rd Example of this invention. 本発明の第3実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例を表す特性図。The characteristic view showing an example of the operating method of the high humidity air utilization gas turbine provided with the gas turbine combustor of 3rd Example of this invention. 本発明の第3実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の他の一例を表す特性図。The characteristic view showing other examples of the operating method of the high humidity air utilization gas turbine provided with the gas turbine combustor of the 3rd example of the present invention. 本発明の第3実施例のガスタービン燃焼器による燃料制御装置の構成を示す制御ブロック図。The control block diagram which shows the structure of the fuel control apparatus by the gas turbine combustor of 3rd Example of this invention.

高湿分空気利用ガスタービンに設置される本発明の実施例であるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置について図面を引用して以下に説明する。   A fuel control method and a fuel control device for a gas turbine combustor which is an embodiment of the present invention installed in a high-humidity air-utilizing gas turbine will be described below with reference to the drawings.

高湿分空気利用ガスタービンに設置される本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置について図1乃至図6を用いて説明する。   A fuel control method and a fuel control apparatus for a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention installed in a high-humidity air-utilizing gas turbine will be described with reference to FIGS.

図1は本発明の第1の実施例であるガスタービン燃焼器が設置される高湿分空気利用ガスタービンの全体構成を表す系統図である。   FIG. 1 is a system diagram showing the overall configuration of a high-humidity air-utilizing gas turbine in which a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention is installed.

図1において、発電用の高湿分空気利用ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機1と、圧縮機1で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器2と、ガスタービン燃焼器2で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービン3と、圧縮機1で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器2に供給される圧縮空気を加湿する増湿器4と、増湿器4に供給する水を前記タービン3から排気した排ガスで加熱する再生熱交換器5とから構成され、タービン3の出力により発電機20を回転させ電力を得ている。   In FIG. 1, a high-humidity air-utilizing gas turbine for power generation includes a compressor 1 that compresses air, and a gas turbine combustor that generates fuel by burning fuel using the compressed air compressed by the compressor 1. 2, a turbine 3 driven by combustion gas generated in the gas turbine combustor 2, a humidifier 4 that humidifies the compressed air that is compressed by the compressor 1 and supplied to the gas turbine combustor 2, The regenerative heat exchanger 5 is configured to heat the water supplied to the humidifier 4 with the exhaust gas exhausted from the turbine 3, and the generator 20 is rotated by the output of the turbine 3 to obtain electric power.

ガスタービン燃焼器2は、燃焼器ケーシング7および燃焼器カバー8内に格納されている。このガスタービン燃焼器2の頭部には燃料ノズル9が設置されており、燃料ノズル9の下流側には、燃焼用空気と燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ10が接地されている。   The gas turbine combustor 2 is stored in a combustor casing 7 and a combustor cover 8. A fuel nozzle 9 is installed at the head of the gas turbine combustor 2, and a substantially cylindrical combustor liner 10 that separates combustion air and combustion gas is grounded downstream of the fuel nozzle 9. .

また、高湿分空気利用ガスタービンには、圧縮機1入口のガスタービン吸い込み空気100に水300を噴霧する吸気噴霧装置27が備えられている。前記吸気噴霧装置27に供給される水300は水質浄化装置26で水処理されて噴霧水量制御弁310で流量を調整された水300である。   The high-humidity air-utilizing gas turbine is provided with an intake spray device 27 that sprays water 300 onto the gas turbine intake air 100 at the inlet of the compressor 1. The water 300 supplied to the intake spray device 27 is water 300 that has been subjected to water treatment by the water purification device 26 and whose flow rate has been adjusted by the spray water amount control valve 310.

そして吸気噴霧装置27によって水300を水噴霧した後の吸い込み空気101(大気圧)を圧縮機1で圧縮した高圧空気102は、トランジションピース12とトランジションピースフロースリーブ13との間隙を流れてトランジションピース12を対流冷却し、抽気空気103となる。   Then, the high-pressure air 102 obtained by compressing the suction air 101 (atmospheric pressure) after the water 300 is sprayed by the intake spray device 27 flows through the gap between the transition piece 12 and the transition piece flow sleeve 13, and the transition piece. 12 is convectively cooled to become extracted air 103.

抽気空気103は、空気冷却器28によって100℃近くまで冷却されて増湿器流入空気110となって、増湿器4に供給される。   The extracted air 103 is cooled to near 100 ° C. by the air cooler 28 to become the humidifier inflow air 110 and is supplied to the humidifier 4.

増湿器流入空気110は、増湿器4において水分を添加されて加湿空気104となる。空気の加湿方法として、濡壁塔或いは増湿塔による加湿が知られている。   The humidifier inflow air 110 is added with moisture in the humidifier 4 to become humidified air 104. As a method for humidifying air, humidification by a wet wall tower or a humidification tower is known.

増湿器4の上部には、高湿分空気利用ガスタービンの健全性を監視するために、増湿器内部温度500を計測する温度計と増湿器内圧600を計測する圧力計がそれぞれ設置される。   In the upper part of the humidifier 4, a thermometer for measuring the internal temperature 500 of the humidifier and a pressure gauge for measuring the internal pressure 600 of the humidifier are installed in order to monitor the soundness of the gas turbine using the high humidity air. Is done.

増湿器4で水分を添加された加湿空気104は再生熱交換器5に導かれ、この再生熱交換器5でタービン3から排出された排気ガス107との熱交換により加熱されて高温空気105となりガスタービン燃焼器2の燃焼器ケーシング7へと注入される。   The humidified air 104 to which moisture has been added by the humidifier 4 is guided to the regenerative heat exchanger 5, and is heated by the heat exchange with the exhaust gas 107 exhausted from the turbine 3 in the regenerative heat exchanger 5, and the high-temperature air 105. It is injected into the combustor casing 7 of the gas turbine combustor 2.

ガスタービン燃焼器2における燃焼器ケーシング7内を流れる空気は、燃焼器ライナ10の外側の概して環状の空間を通って燃焼器頭部へ向かって流れ、途中、燃焼器ライナ10の対流冷却に使用される。   The air flowing in the combustor casing 7 in the gas turbine combustor 2 flows through the generally annular space outside the combustor liner 10 toward the combustor head, and is used for convective cooling of the combustor liner 10 on the way. Is done.

また、高温空気105の一部は燃焼器ライナ10に設けられた冷却孔から燃焼器ライナ10内へ流入し、フィルム冷却に使用される。残りの高温空気105(図中A部詳細の36)は、後述する空気孔32から燃焼器ライナ10内に流入し、燃料ノズル31から噴出される燃料とともに燃焼に使用され、高温の燃焼ガス106を生成してタービン3へと送られる。   Further, part of the high-temperature air 105 flows into the combustor liner 10 from the cooling holes provided in the combustor liner 10 and is used for film cooling. The remaining high-temperature air 105 (36 in the A portion in the figure) flows into the combustor liner 10 through an air hole 32 to be described later, is used for combustion together with the fuel ejected from the fuel nozzle 31, and the high-temperature combustion gas 106. Is sent to the turbine 3.

タービン3で仕事をしてタービン3から排出された低圧の排気ガス107は、再生器5で排気ガス107の保有する熱エネルギーを熱回収した後に、該再生器5の下流側に位置する水回収装置24を経て、低温の排気ガス109として排気塔25から大気中に排気される。   The low-pressure exhaust gas 107 discharged from the turbine 3 after working in the turbine 3 recovers the thermal energy held by the exhaust gas 107 in the regenerator 5 and then recovers the water located downstream of the regenerator 5. After passing through the device 24, the exhaust gas is exhausted from the exhaust tower 25 to the atmosphere as low-temperature exhaust gas 109.

また、前記排気ガス108中の水分は再生器5の下流側の水回収装置24によって回収する。本図では、水回収の方式として煙道に水を噴霧して排気ガス108中の水分を凝集、落下させて回収する方式を採用している。   Further, the water in the exhaust gas 108 is recovered by the water recovery device 24 on the downstream side of the regenerator 5. In this figure, a method of collecting water by spraying water on the flue and aggregating and dropping the water in the exhaust gas 108 is adopted as a method of water recovery.

高温の燃焼ガス106によって駆動される前記タービン3で得られた駆動力は、シャフト21を通じてタービン3と連結された圧縮機1及び発電機20に伝えられる。駆動力の一部は圧縮機1を回転させて吸い込み空気の加圧に用いられる。また、発電機20ではこの駆動力を電力に変換する。   The driving force obtained by the turbine 3 driven by the high-temperature combustion gas 106 is transmitted to the compressor 1 and the generator 20 connected to the turbine 3 through the shaft 21. A part of the driving force is used to pressurize the suction air by rotating the compressor 1. Further, the generator 20 converts this driving force into electric power.

水回収装置24及び増湿器4の底部から回収した水は、水回収装置24への噴霧水あるいは増湿器4への加湿水として再利用される。   The water recovered from the bottoms of the water recovery device 24 and the humidifier 4 is reused as spray water to the water recovery device 24 or humidified water to the humidifier 4.

発電用の高湿分空気利用ガスタービンの出力である発電機20の発電量MWは、ガスタービン燃焼器2に供給する燃料流量を調節する燃料流量調整弁211〜214の開閉によって制御される。一方、ガスタービン燃焼器2に供給する空気への加湿量は増湿器4への加湿水量を調節する増湿器給水弁312の開閉によって制御される。   The power generation amount MW of the generator 20 that is the output of the high-humidity air-utilizing gas turbine for power generation is controlled by opening and closing the fuel flow rate adjusting valves 211 to 214 that adjust the fuel flow rate supplied to the gas turbine combustor 2. On the other hand, the amount of humidification to the air supplied to the gas turbine combustor 2 is controlled by opening / closing a humidifier water supply valve 312 that adjusts the amount of humidified water to the humidifier 4.

図2及び図3は本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器2に設置した燃焼部を構成する燃料ノズル9の構造を示した部分断面図と、空気孔プレート33を示した正面図である。   2 and 3 are a partial sectional view showing the structure of the fuel nozzle 9 constituting the combustion section installed in the gas turbine combustor 2 according to the first embodiment of the present invention, and a front view showing the air hole plate 33. FIG. It is.

本実施例のガスタービン燃焼器2においては、図2及び図3に示したように燃焼器カバー8の燃料ノズルヘッダ30に環状に配置された多数の燃料ノズル31が取り付けられており、前記各燃料ノズル31の1本1本に対応した空気流路を形成する環状に配置された多数の空気孔32を備えた空気孔プレート33が、サポート34を介して燃焼器カバー8に取り付けられた構造となっている。   In the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, a large number of fuel nozzles 31 arranged in an annular shape are attached to the fuel nozzle header 30 of the combustor cover 8. A structure in which an air hole plate 33 having a large number of annularly arranged air holes 32 forming an air flow path corresponding to each of the fuel nozzles 31 is attached to the combustor cover 8 via a support 34. It has become.

前記複数の燃料ノズル31と、該燃料ノズル31と対応してそれぞれ設置された複数の空気孔32とは円環状のほぼ同心状を成すように配設されており、図2のA部詳細に示したように、空気孔プレート33に形成した空気孔32の中央に燃料噴流35と、この燃料噴流35の周囲に空気孔32に流入する空気噴流36との同軸噴流を形成するように構成されている。   The plurality of fuel nozzles 31 and the plurality of air holes 32 respectively installed corresponding to the fuel nozzles 31 are arranged so as to be substantially concentric with an annular shape. As shown, a coaxial jet of a fuel jet 35 at the center of the air hole 32 formed in the air hole plate 33 and an air jet 36 flowing into the air hole 32 around the fuel jet 35 is formed. ing.

前記した同軸噴流構造によって、空気孔32内では燃料−空気は未混合であるため、高湿分空気利用ガスタービンの様に燃焼空気が高温であっても燃料の自発火は発生せず、空気孔プレート33を溶損するようなことなく信頼性の高いガスタービン燃焼器2を得ることができる。   Due to the coaxial jet structure described above, the fuel-air is not mixed in the air hole 32, so that the fuel is not ignited even when the combustion air is hot like the high-humidity air-utilizing gas turbine. A highly reliable gas turbine combustor 2 can be obtained without melting the hole plate 33.

また、このような同軸噴流を多数形成することにより、燃料と空気の界面が増加して混合が促進するため、ガスタービン燃焼器2で生じるNOxの発生量を抑制することができる。   Further, by forming a large number of such coaxial jets, the interface between the fuel and air is increased and mixing is promoted, so that the amount of NOx generated in the gas turbine combustor 2 can be suppressed.

図3は本実施例のガスタービン燃焼器2を構成する空気孔プレート33を燃焼器下流側から見た正面図である。本実施例のガスタービン燃焼器2において、多数の空気孔32(および、図示されていないが空気孔32と対を成す燃料ノズル31)は空気孔プレート33の半径方向内周側から半径方向外周側にかけて環状の空気孔列が同心状に8列配置されている。   FIG. 3 is a front view of the air hole plate 33 constituting the gas turbine combustor 2 of this embodiment as viewed from the downstream side of the combustor. In the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, a large number of air holes 32 (and a fuel nozzle 31 that is paired with the air holes 32 (not shown)) are radially outer peripheral sides of the air hole plate 33. Eight annular air hole arrays are arranged concentrically on the side.

前記ガスタービン燃焼器2の燃焼部を形成するバーナは、中心側の4列(第1列〜第4列)が第1群(F1)の燃焼部を形成するF1バーナ、第5列が第2群(F2)の燃焼部を形成するF2バーナ、その外側の2列(第6、7列)が第3群(F3)の燃焼部を形成するF3バーナ、最外周(第8列)が第4群(F4)の燃焼部を形成するF4バーナとそれぞれ群分けされており、図2に示した様に、F1バーナ〜F4バーナのそれぞれの群ごとにヘッダ30に設けたフランジ(41〜44)を通じて燃料が燃料ノズル31から供給できる様に燃料系統が群分けして配設されている。   As for the burner forming the combustion part of the gas turbine combustor 2, the four rows (first row to fourth row) on the center side are the F1 burner forming the combustion portion of the first group (F1), and the fifth row is the first row. The F2 burner forming the second group (F2) combustion part, the outer two rows (sixth and seventh rows) are the F3 burner forming the third group (F3) combustion part, and the outermost periphery (eighth row) are F4 burners forming the combustion part of the fourth group (F4) are divided into groups, and as shown in FIG. 2, flanges (41 to 41) provided on the header 30 for each group of F1 burners to F4 burners. 44) The fuel systems are divided into groups so that fuel can be supplied from the fuel nozzle 31 through 44).

このような燃料系統の群分け構造を採用することにより、ガスタービン燃焼器2に供給する燃料流量変化に対して燃料供給する燃料ノズルの本数を段階的に変化させる燃料ステージングが可能となり、ガスタービン部分負荷運転時におけるガスタービン燃焼器2の燃焼安定性が高まるとともに低NOx化が可能となる。   By adopting such a fuel system grouping structure, it becomes possible to perform fuel staging in which the number of fuel nozzles that supply fuel is changed stepwise in response to changes in the flow rate of fuel supplied to the gas turbine combustor 2. Combustion stability of the gas turbine combustor 2 during partial load operation is enhanced and NOx reduction is possible.

さらに中央の4列(F1)の燃焼部を形成するF1バーナを構成する空気孔プレート33の空気孔32はピッチ円接線方向に角度(図3中のα°、本実施例では15°としている)を持った斜め穴に形成することで、この空気孔32を流下する空気流全体に旋回をかけ、生じる循環流によって火炎を安定化させている。   Further, the air holes 32 of the air hole plate 33 that constitutes the F1 burner forming the four central rows (F1) of the combusting section are angled in the pitch circle tangential direction (α ° in FIG. 3, 15 ° in this embodiment). ), The entire air flow flowing down the air hole 32 is swirled, and the flame is stabilized by the generated circulating flow.

F1バーナの外周側に配設したF2バーナ〜F4バーナは、中央のF1バーナの燃焼熱によって火炎が安定化される。したがって、高湿分ガスタービンにおいて加湿が開始され、燃焼用空気の湿分が増加する際には、ガスタービン燃焼器2のF1バーナに供給する燃料流量を増加させ、局所的に高温な部分を設けることで、F1火炎の燃焼安定性が向上する。   In the F2 burner to F4 burner disposed on the outer peripheral side of the F1 burner, the flame is stabilized by the combustion heat of the central F1 burner. Therefore, when humidification is started in the high-humidity gas turbine and the humidity of the combustion air increases, the flow rate of fuel supplied to the F1 burner of the gas turbine combustor 2 is increased, and the locally high-temperature portion is reduced. By providing, the combustion stability of F1 flame improves.

F1燃料の増加分、F2バーナ以降のバーナの燃料流量は減少するが、これらの火炎はF1バーナの燃焼熱によって火炎が安定化されているため、バーナ全体として、燃焼安定性が確保される。   Although the fuel flow rate of the burners after the F2 burner is decreased by the increase in the F1 fuel, the flame is stabilized by the combustion heat of the F1 burner, so that the combustion stability is ensured as the whole burner.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御方法及び燃料制御装置を適用した高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例について、図4、図5に示した特性図を参照しながら説明する。   An example of the operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine to which the fuel control method and fuel control device of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment are applied will be described with reference to the characteristic diagrams shown in FIGS. .

図4の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の特性図の横軸は起動開始からの時刻、縦軸は上から回転数、発電量、空気流量、増湿器供給水量301、加湿空気104の湿度、増湿器内部温度500をそれぞれ示したものである。   The horizontal axis of the characteristic diagram of the operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine in FIG. 4 is the time from the start of startup, and the vertical axis is the rotational speed, power generation amount, air flow rate, humidifier supply water amount 301, humidified air 104 from the top. The humidity and the humidifier internal temperature 500 are respectively shown.

また、図5の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の横軸は図4と同じく起動開始からの時刻、縦軸は上から燃焼温度、全体の燃料流量、F1バーナ〜F4バーナに燃料を供給する各燃料系統の個別燃料流量(F1流量〜F4流量)を模式的に表したものである。   Also, the horizontal axis of the operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine in FIG. 5 is the time from the start of the start as in FIG. 4, the vertical axis is the combustion temperature from the top, the total fuel flow rate, and fuel to the F1 burner to F4 burner. It is a schematic representation of the individual fuel flow rate (F1 flow rate to F4 flow rate) of each fuel system to be supplied.

また、図4及び図5の特性図において、期間aは起動から定格回転数に達するまでの回転数昇速期間、期間bはガスタービン起動中の増負荷期間、期間cは起動終了後の負荷追従運転期間を表す。増負荷期間bは前半の水分無添加期間b1、水分添加量変化期間b2、水分添加量一定期間b3に分かれている。   4 and 5, the period a is the speed increase period from the start to the rated speed, the period b is the load increasing period during the start of the gas turbine, and the period c is the load after the end of the start. Represents the follow-up operation period. The increased load period b is divided into a first moisture-free addition period b1, a moisture addition amount change period b2, and a moisture addition amount constant period b3.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置によるガスタービン燃焼器2の運転方法においては、まず、制御装置400からの指令によって燃料流量が比較的少ない着火および昇速時はガスタービン燃焼器2の軸心側に位置するF1バーナのみを燃焼させて運転(すなわち図2の燃料系統201のみに燃料を供給)し、定格回転数無負荷条件付近まで昇速させる。このF1バーナの単独燃焼を今後の説明では1/4モードと呼ぶことにする。   In the operation method of the gas turbine combustor 2 by the fuel control device of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, first, the gas turbine combustor at the time of ignition and acceleration with a relatively small fuel flow rate according to a command from the control device 400. Operation is performed by burning only the F1 burner located on the axial center side of No. 2 (that is, supplying fuel only to the fuel system 201 in FIG. 2), and the speed is increased to near the rated load no-load condition. This single combustion of the F1 burner will be referred to as ¼ mode in the following description.

次にそれ以降の負荷上昇過程(期間b)では、ガスタービン燃焼器2のF1バーナの外周側に設置したF2バーナに燃料を投入して、F1+F2で運転する。すなわち、燃料系統201及び202に燃料を供給し、制御装置400からの指令によってこれらの燃料系統201及び202にそれぞれ設置された流量制御弁211及び212の開度を調節することにより各燃料流量を制御する。このときを2/4モードと呼ぶことにする。   Next, in the subsequent load increase process (period b), fuel is supplied to the F2 burner installed on the outer peripheral side of the F1 burner of the gas turbine combustor 2, and the operation is performed at F1 + F2. That is, fuel is supplied to the fuel systems 201 and 202, and each fuel flow rate is adjusted by adjusting the opening degree of the flow control valves 211 and 212 installed in the fuel systems 201 and 202, respectively, according to a command from the control device 400. Control. This time is called a 2/4 mode.

次に、さらにガスタービン燃焼器2のF2バーナの外周側に設置したF3バーナに燃料を投入する燃料系統203に燃料を供給し、F3バーナに着火した状態を3/4モードと呼ぶ。ここまでの過程では高湿分空気利用ガスタービンの増湿器4には水分が添加されていない(b1)。すなわち図1に示した高湿分空気利用ガスタービンの増湿器4に供給する水の流量を調節する増湿器給水弁311は全閉であり、増湿器バイパス弁312の開度によって再生熱交換器5の下流側に設置された給水過熱器12を流れる水量が制御されている。   Next, a state in which fuel is supplied to the fuel system 203 for supplying fuel to the F3 burner installed on the outer peripheral side of the F2 burner of the gas turbine combustor 2 and the F3 burner is ignited is referred to as a 3/4 mode. In the process so far, moisture has not been added to the humidifier 4 of the high-humidity air-utilizing gas turbine (b1). That is, the humidifier water supply valve 311 for adjusting the flow rate of water supplied to the humidifier 4 of the high-humidity air utilization gas turbine shown in FIG. 1 is fully closed, and is regenerated by the opening degree of the humidifier bypass valve 312. The amount of water flowing through the feed water superheater 12 installed on the downstream side of the heat exchanger 5 is controlled.

また、この間の燃料流量増加は、ガスタービンの起動計画に定められた負荷上昇率に従ってガスタービン発電量が増加する様に、流量制御弁211、212及び213の開度を調節することによってF1バーナ、F2バーナ、F3バーナに供給する燃料流量が制御される。また、F1バーナ、F2バーナ、F3バーナに供給する各燃料系統201乃至203の燃料流量配分は、ガスタービン燃焼器2の燃焼が安定しかつ生成するNOxが最小となる様に定められた比率で供給される。   Further, the increase in the fuel flow rate during this period is achieved by adjusting the opening degree of the flow rate control valves 211, 212, and 213 so that the gas turbine power generation amount increases according to the load increase rate determined in the start-up plan of the gas turbine. The fuel flow rate supplied to the F2 burner and the F3 burner is controlled. The fuel flow distribution of each fuel system 201 to 203 supplied to the F1 burner, F2 burner, and F3 burner is a ratio determined so that the combustion of the gas turbine combustor 2 is stable and the generated NOx is minimized. Supplied.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御方法及び燃料制御装置においては、この3/4モードで、高湿分空気利用ガスタービンの増湿器4への水分添加を開始する。加湿開始指令により空気冷却器側増湿器給水弁312が開き、開度に応じた流量の給水が増湿器4へと注水される(期間b2)。同時に、空気冷却器側増湿器バイパス弁313は、空気冷却器28を流れる水量が所定の値となるよう制御されながら、開度を減少し最終的には全閉状態となる。   In the fuel control method and fuel control apparatus for the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, the addition of moisture to the humidifier 4 of the high-humidity air-utilizing gas turbine is started in this 3/4 mode. In response to the humidification start command, the air cooler side humidifier water supply valve 312 is opened, and water at a flow rate corresponding to the opening degree is injected into the humidifier 4 (period b2). At the same time, the air cooler side humidifier bypass valve 313 is controlled so that the amount of water flowing through the air cooler 28 becomes a predetermined value, and the opening degree is decreased and finally the fully closed state.

その後は空気冷却器側増湿器給水弁312の開度を制御することで、空気冷却器28を流れる水量が所定の値となるよう調整される(期間b2〜b3)。   After that, the amount of water flowing through the air cooler 28 is adjusted to a predetermined value by controlling the opening degree of the air cooler side humidifier water supply valve 312 (periods b2 to b3).

このとき、ガスタービンの起動計画に定められた負荷上昇率に従ってガスタービン発電量が増加する様に、燃料流量が制御される。そのうち、F1燃料は、燃焼安定性の確保に主要な役割を担うため、加湿開始前に対して加湿開始後には、全燃料流量に対するF1流量の比率が大きくなるように設定される必要がある。   At this time, the fuel flow rate is controlled so that the gas turbine power generation amount increases in accordance with the load increase rate determined in the gas turbine startup plan. Among them, since the F1 fuel plays a major role in ensuring combustion stability, it is necessary to set the ratio of the F1 flow rate to the total fuel flow rate to be larger after the start of humidification than before the start of humidification.

燃焼安定性の確保に最適なF1流量の比率の決定には、F1燃焼温度による判断が有効である。燃焼温度は、燃焼空気温度、燃焼空気湿度、燃料流量と空気流量の比(燃空比)から計算できる。   Judgment based on the F1 combustion temperature is effective in determining the optimum F1 flow rate ratio for ensuring combustion stability. The combustion temperature can be calculated from the combustion air temperature, the combustion air humidity, and the ratio of fuel flow to air flow (fuel / air ratio).

発明者らの高湿分空気利用ガスタービンのパイロットプラントによる実験結果から、加湿空気104は飽和状態であることが分かっている。そこで、本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置400では、加湿空気104は増湿器内部空気温度500において飽和状態であることから、加湿空気104の湿度を間接的に求める。増湿空気104の圧力が飽和水蒸気圧以上であれば、以下の式(1)から燃焼空気湿度が求められる。   From the experimental results of the inventors' high-humidity air-utilizing gas turbine pilot plant, it is known that the humidified air 104 is saturated. Therefore, in the fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, the humidified air 104 is saturated at the humidifier internal air temperature 500, so the humidity of the humidified air 104 is obtained indirectly. If the pressure of the humidified air 104 is equal to or higher than the saturated water vapor pressure, the combustion air humidity is obtained from the following equation (1).

Hm(vol%) = Psat / Ptotal × 100 :(1)
ここで、Hm(vol%):湿度、Ptotal:増湿器内圧600、Psat:飽和水蒸気圧である。飽和水蒸気圧は蒸気表から求めることができる。
Hm (vol%) = P sat / P total × 100: (1)
Here, Hm (vol%): humidity, P total : humidifier internal pressure 600, P sat : saturated water vapor pressure. The saturated water vapor pressure can be obtained from the vapor table.

即ち、燃料制御装置400を構成するF1バイアス演算器404に内包した飽和湿度演算器によって増湿器内部空気温度500及び増湿器内圧600の測定値に基づいて上記(1)式の演算式を用いて燃焼空気湿度を演算する。   That is, based on the measured values of the humidifier internal air temperature 500 and the humidifier internal pressure 600 by the saturation humidity calculator included in the F1 bias calculator 404 constituting the fuel control device 400, the calculation formula of the above formula (1) is obtained. Used to calculate the combustion air humidity.

前記F1バイアス演算器404では、演算した燃焼空気湿度から燃焼温度が計算できるので、計算で求めた燃焼温度と、ガスタービン燃焼器2の燃焼安定性の確保に必要なF1燃焼温度を比較することによって、燃焼安定性の確保に必要なF1バイアス流量であるF1バイアス415を求めることができる。   Since the F1 bias calculator 404 can calculate the combustion temperature from the calculated combustion air humidity, the calculated combustion temperature is compared with the F1 combustion temperature necessary for ensuring the combustion stability of the gas turbine combustor 2. Thus, the F1 bias 415 that is the F1 bias flow rate necessary for ensuring the combustion stability can be obtained.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置400におけるF1バイアス演算器404による燃焼空気湿度の算出方法は、増湿器4に増湿器給水量制御弁312によって供給される増湿器供給水量301が一定量である期間(図4の期間b3)だけでなく、増湿器給水量制御弁が全閉状態から指定開度に開くまでの増湿器給水量301が変化する数十秒から数分の期間(図4の期間b2)においても燃焼空気湿度の算出に有効である。   The calculation method of the combustion air humidity by the F1 bias calculator 404 in the fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment is the humidifier supply supplied to the humidifier 4 by the humidifier water supply amount control valve 312. In addition to the period during which the amount of water 301 is constant (period b3 in FIG. 4), the humidifier water supply amount 301 changes from the fully closed state to the specified opening degree until the humidifier water supply amount control valve changes to several tens of seconds. Is effective for calculating the combustion air humidity even during a period of several minutes (period b2 in FIG. 4).

したがって、増湿器給水量301の変化による燃焼用空気の過渡的な湿度変化に対しても、F1バイアス演算器404による適切なF1バイアス415を演算することによってガスタービン燃焼器2の燃焼安定性が確保できる。   Therefore, the combustion stability of the gas turbine combustor 2 is calculated by calculating an appropriate F1 bias 415 by the F1 bias calculator 404 even for a transient humidity change of the combustion air due to a change in the humidifier water supply amount 301. Can be secured.

発電量またはタービン排ガス温度が所定の量に達した時点で、高湿分ガスタービンの起動が完了し、その後は、負荷の増減に合わせて燃料流量が増減することで負荷追従する(期間c)。高負荷運転時においては、主としてガスタービン燃焼器2の最外周に設置されたF4バーナの燃料流量を増減させて対応する。   When the power generation amount or the turbine exhaust gas temperature reaches a predetermined amount, the start of the high-humidity gas turbine is completed, and thereafter, the load follows the load by increasing / decreasing the fuel flow rate according to the increase / decrease of the load (period c). . During high load operation, the fuel flow rate of the F4 burner installed on the outermost periphery of the gas turbine combustor 2 is mainly increased or decreased.

このときF4バーナに供給する燃料と空気の混合気は、F1〜F3バーナの燃焼ガスと混合して高温になるため、燃料の酸化反応が進行し、高い燃焼効率を得ることができる。   At this time, the fuel / air mixture supplied to the F4 burner is mixed with the combustion gas of the F1 to F3 burner and becomes high temperature, so that the oxidation reaction of the fuel proceeds and high combustion efficiency can be obtained.

また燃焼完結後の温度をNOx生成が顕著となる温度以下になるよう空気配分が設定されているため、F4バーナからのNOx発生をほとんど零とする燃焼が可能となる。またF4バーナに投入した燃料がごくわずかでも反応が完結するため、連続的な燃料切り換えが可能となり、運用性が向上する。   In addition, since the air distribution is set so that the temperature after the completion of combustion becomes equal to or lower than the temperature at which NOx generation becomes significant, combustion with almost zero NOx generation from the F4 burner becomes possible. In addition, since the reaction is completed even with a very small amount of fuel introduced into the F4 burner, continuous fuel switching is possible, improving operability.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料を制御する燃料制御装置400の制御ブロックの一例を図6に示す。   An example of the control block of the fuel control device 400 that controls the fuel of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment is shown in FIG.

図6に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料を制御する燃料制御装置400は、減算器401と、燃料流量制御器402と、燃料流量比率設定器403と、F1バイアス設定器404と、データベース405と、実燃料制御器407を備えている。   As shown in FIG. 6, the fuel control device 400 for controlling the fuel of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment includes a subtractor 401, a fuel flow rate controller 402, a fuel flow rate ratio setting unit 403, and an F1 bias setting. 404, database 405, and actual fuel controller 407.

そして前記燃料制御装置400では、予め定められた発電量増加率に従うように与えられた負荷指令MWDと実際の発電量MWの差を減算器401で求め、この減算器401で求めた負荷指令MWDと実際の発電量MWの差に基づいて燃料流量制御器402でガスタービン燃焼器2に供給する燃料流量指令値410を演算する。   In the fuel control device 400, the subtractor 401 obtains the difference between the load command MWD given so as to follow a predetermined power generation amount increase rate and the actual power generation amount MW, and the load command MWD obtained by the subtractor 401 is obtained. The fuel flow rate command value 410 to be supplied to the gas turbine combustor 2 is calculated by the fuel flow rate controller 402 based on the difference between the actual power generation amount MW.

燃料流量制御器402で演算した燃料流量指令値410に基づいて燃料流量比率設定器403でガスタービン燃焼器2に設置されたF1バーナ〜F4バーナに供給する燃料の各燃料流量比率(411〜414)をそれぞれ演算する。   Based on the fuel flow rate command value 410 calculated by the fuel flow rate controller 402, each fuel flow rate ratio (411 to 414) of the fuel supplied to the F1 burner to F4 burner installed in the gas turbine combustor 2 by the fuel flow rate ratio setting unit 403 ) Respectively.

一方、F1バイアス演算器404では、増湿器内部空気温度500と増湿器内圧600の計測値に基づいてF1バイアス演算器404に内包した飽和湿度演算器によって上記(1)式の演算式を用いて燃焼空気の飽和湿度を演算する。   On the other hand, in the F1 bias calculator 404, the equation (1) is calculated by the saturation humidity calculator included in the F1 bias calculator 404 based on the measured values of the humidifier internal air temperature 500 and the humidifier internal pressure 600. Use to calculate the saturation humidity of the combustion air.

次に前記F1バイアス演算器404では、計算で求めた燃焼空気の飽和湿度に対応した燃焼空気温度を演算し、演算したこの燃焼空気温度と、ガスタービン燃焼器2の燃焼安定性の確保に必要なF1燃焼温度を比較することによって、燃焼安定性の確保に必要なF1バイアス流量であるF1バイアス415を求めている。   Next, the F1 bias calculator 404 calculates a combustion air temperature corresponding to the calculated saturation humidity of the combustion air, and is necessary for ensuring the calculated combustion air temperature and the combustion stability of the gas turbine combustor 2. By comparing the F1 combustion temperature, the F1 bias 415, which is the F1 bias flow rate necessary for ensuring combustion stability, is obtained.

データベース405は燃焼空気の飽和湿度を求めるために必要な蒸気表データと、燃焼空気温度、燃焼空気湿度、燃焼空気流量に対するF1の燃焼安定性を確保するために必要なF1燃料流量のデータの中から前記飽和湿度に対応した値をバイアス値としてF1バイアス演算器404に提供するように構成されている。   The database 405 includes steam table data necessary for obtaining the saturation humidity of combustion air, and F1 fuel flow data necessary for ensuring combustion stability of F1 with respect to combustion air temperature, combustion air humidity, and combustion air flow rate. To a value corresponding to the saturation humidity is provided to the F1 bias calculator 404 as a bias value.

燃料流量比率設定器403では、燃料流量制御器402で演算した燃料流量指令値410を入力値として、F1バイアス415の値を参照しながらガスタービン燃焼器2に設置されたF1バーナ〜F4バーナに供給する燃料の各燃料流量比率(411〜414)をそれぞれ演算する。   In the fuel flow rate ratio setting unit 403, the fuel flow rate command value 410 calculated by the fuel flow rate controller 402 is used as an input value, and the F1 burner to F4 burner installed in the gas turbine combustor 2 are referred to while referring to the value of the F1 bias 415. Each fuel flow rate ratio (411 to 414) of the supplied fuel is calculated.

実燃料制御器407では、F1バーナ〜F4バーナの各燃料流量比率(411〜414)および燃料流量指令値410で演算した燃料流量指令値410を入力し、F1〜F4各燃焼系統の流量または弁開度(211〜214)をそれぞれ演算して出力して、前記ガスタービン燃焼器2に設置されたF1バーナ〜F4バーナに供給する燃料の流量を調節する燃料流量制御弁211〜214の弁開度を制御するように構成している。   The actual fuel controller 407 receives the fuel flow rate ratios (411 to 414) of the F1 burner to F4 burner and the fuel flow rate command value 410 calculated from the fuel flow rate command value 410, and the flow rate or valve of each combustion system of the F1 to F4 burners. Opening of the fuel flow rate control valves 211 to 214 that respectively calculate and output the opening degrees (211 to 214) and adjust the flow rate of the fuel supplied to the F1 burner to the F4 burner installed in the gas turbine combustor 2. It is configured to control the degree.

かくして、図6に示した本実施例であるガスタービン燃焼器2の燃料制御装置400によって、図5の特性図中に実線で示した期間b2におけるF1流量の増加が実現できる。ここで、期間b2でF1流量の低下を示す点線は本実施例によるF1バイアス415を適用しない場合のF1流量であり、この場合、F1燃焼温度が低下してガスタービン燃焼器2の燃焼安定性が損なわれる状況に至ることになる。   Thus, the fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 according to the present embodiment shown in FIG. 6 can increase the F1 flow rate during the period b2 indicated by the solid line in the characteristic diagram of FIG. Here, the dotted line indicating the decrease in the F1 flow rate in the period b2 is the F1 flow rate when the F1 bias 415 according to the present embodiment is not applied. In this case, the combustion stability of the gas turbine combustor 2 is reduced due to the F1 combustion temperature being decreased. Will result in a situation where

これに対して本実施例であるガスタービン燃焼器2の燃料制御装置400におけるF1バイアス演算器404で演算したF1バイアス415を燃料流量比率設定器403に入力してガスタービン燃焼器2に供給する燃料を制御することによって、図5に実線で示したように、期間b2におけるF1流量を増加させると、F1燃焼温度を所定の温度に維持でき、この結果、ガスタービン燃焼器2の燃焼安定性を実現することが可能となる。   In contrast, the F1 bias 415 calculated by the F1 bias calculator 404 in the fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 according to this embodiment is input to the fuel flow rate ratio setting unit 403 and supplied to the gas turbine combustor 2. By controlling the fuel, as shown by the solid line in FIG. 5, when the F1 flow rate in the period b2 is increased, the F1 combustion temperature can be maintained at a predetermined temperature. As a result, the combustion stability of the gas turbine combustor 2 can be maintained. Can be realized.

なお、前記F1バイアス演算器404の演算において、増湿器内部温度500と増湿器内圧600は加湿空気104の温度と圧力の計測値で代用しても、加湿空気104の飽和湿度を求めることができる。   In the calculation of the F1 bias calculator 404, the saturated humidity of the humidified air 104 is obtained even if the humidifier internal temperature 500 and the humidifier internal pressure 600 are substituted with the measured values of the temperature and pressure of the humidified air 104. Can do.

また、増湿器バイパス弁312や配管等の系が保有する体積によって、水分添加開始後に実際に燃焼空気に水分が添加されるまでに時間遅れが生ずる場合が考えられる。その時は、前記F1バイアス演算器404の演算によって増湿器内部温度500と増湿器内圧600の計測値から求まる燃焼空気湿度に対して、一次遅れを考慮して実際の燃焼空気湿度を推算すれば、ガスタービン燃焼器2の低NOx化と燃焼安定性の確保を両立できる。   In addition, there may be a case where there is a time delay until the water is actually added to the combustion air after the start of the water addition due to the volume held by the system such as the humidifier bypass valve 312 and the piping. At that time, the actual combustion air humidity is estimated in consideration of the first order lag with respect to the combustion air humidity obtained from the measured values of the humidifier internal temperature 500 and the humidifier internal pressure 600 by the calculation of the F1 bias calculator 404. For example, the NOx reduction of the gas turbine combustor 2 and the securing of combustion stability can be achieved at the same time.

ガスタービン降負荷時には、配管等の系が保有する体積によって燃焼空気湿度が増湿器4での増湿器供給水量301に追従するまでに遅れが生じると考えられるので一次遅れを考慮して実際の燃焼空気湿度を推算することは特に有効である。   At the time of gas turbine descending load, it is considered that there is a delay until the combustion air humidity follows the humidifier supply water amount 301 in the humidifier 4 depending on the volume held by the system such as the piping. It is particularly effective to estimate the combustion air humidity.

本実施例によれば、高湿分空気利用ガスタービンの増湿器への水分添加の開始後でガスタービン燃焼器のNOx生成および火炎安定性に対する過渡的な条件変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器を低NOxで安定して燃焼させることを可能にした高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法および燃料制御装置が実現できる。   According to this embodiment, when a transient condition change occurs in the NOx generation and flame stability of the gas turbine combustor after the start of moisture addition to the humidifier of the high-humidity air-utilizing gas turbine, A fuel control method and a fuel control apparatus for a gas turbine combustor for a gas turbine using high humidity air that can stably burn the turbine combustor with low NOx can be realized.

高湿分空気利用ガスタービンに設置される本発明の第2実施例であるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置について図7乃至図9を用いて説明する。   A fuel control method and a fuel control apparatus for a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention installed in a high-humidity air-utilizing gas turbine will be described with reference to FIGS.

本実施例のガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、先の第1実施例のガスタービン燃焼器の燃料制御装置と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。   The fuel control device of the gas turbine combustor of the present embodiment has the same basic configuration as the fuel control device of the gas turbine combustor of the first embodiment, so the description common to both is omitted. Only the differences will be described below.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置400におけるF1バイアス演算器404が第1実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置と異なる点は、増湿器内部温度500の計測値に替えて増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503のいずれか1つの計測値によって、増湿空気104の飽和湿度を求めることである。   The difference between the F1 bias calculator 404 in the fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 of this embodiment and the fuel control device of the gas turbine combustor 2 of the first embodiment is that the measured value of the humidifier internal temperature 500 is different. Instead, the saturated humidity of the humidified air 104 is obtained from any one of the measured values of the humidifier supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, and the humidifier inflow air temperature 503.

高湿分空気利用ガスタービンでは、プラントの健全性を確保するため、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503の計測は必須項目であるため、各部の温度から加湿空気104の飽和湿度を求めるように構成したものである。   In the high-humidity air-utilizing gas turbine, in order to ensure the soundness of the plant, measurement of the humidifier supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, and the humidifier inflow air temperature 503 are essential items. The saturated humidity of the humidified air 104 is obtained from the temperature of each part.

また、増湿器内部温度500を計測する場合でも、そのバックアップとして、増湿器内部温度500に替えて増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503のいずれか1つの計測値が利用できるという点でも利点がある。   Further, even when the humidifier internal temperature 500 is measured, as a backup, the humidifier supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, and the humidifier inflow air temperature 503 are used instead of the humidifier internal temperature 500. There is an advantage in that any one of the measured values can be used.

図8は、本実施例のガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置を適用した高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例を表す特性図であり、この図8の特性図においては、図4に示した先の第1実施例のガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置を適用した高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の特性図に示した湿度と、増湿器内部温度500(再掲)と、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503をそれぞれ並べて比較した。   FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of the operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine to which the fuel control method and fuel control device of the gas turbine combustor of the present embodiment is applied. In the characteristic diagram of FIG. FIG. 4 shows the humidity and the humidifier shown in the characteristic diagram of the operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine to which the fuel control method and fuel control device of the gas turbine combustor of the first embodiment shown in FIG. The internal temperature 500 (reprinted), the humidifier supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, and the humidifier inflow air temperature 503 were compared side by side.

発明者らの高湿分空気利用ガスタービンのパイロットプラントを用いた実験によれば、第1実施例の図4と図5で示した高湿分空気利用ガスタービンの運転方法において、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503は、増湿器内部温度500と時間に対する温度変化が比例していた。   According to the inventors' experiment using a pilot plant for a high-humidity air-utilizing gas turbine, in the operating method of the high-humidity air-utilizing gas turbine shown in FIGS. 4 and 5 of the first embodiment, a humidifier The supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, and the humidifier inflow air temperature 503 were proportional to the temperature inside the humidifier 500 and time.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料を制御する燃料制御装置400の制御ブロックの一例を図9に示す。   An example of a control block of the fuel control device 400 that controls the fuel of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment is shown in FIG.

図9に示した本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料を制御する燃料制御装置400の制御ブロックにおいては、データベース405に、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器入口空気温度503から増湿器内部温度500´を推算する機能を加えた構成となっているが、他の構成は第1実施例の燃料制御装置400の制御ブロックと同じである。   In the control block of the fuel control device 400 for controlling the fuel of the gas turbine combustor 2 of this embodiment shown in FIG. 9, the humidifier supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, the increase Although it has the structure which added the function which estimates the humidifier internal temperature 500 'from the humidifier inlet air temperature 503, the other structure is the same as the control block of the fuel control apparatus 400 of 1st Example.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料を制御する燃料制御装置400によれば、F1バイアス演算器404に内在する飽和湿度の演算器によって、増湿器内部温度500、あるいはデータベース405における増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器入口空気温度503のいずれか1つの値から推算される増湿塔内部空気温度500´と、増湿器内圧600とによって燃焼空気の飽和湿度が演算され、この燃焼空気の飽和湿度から演算された燃焼空気温度の計算結果から第1実施例の燃料制御装置400と同様に、増湿器4に水分添加後もガスタービン燃焼器2の燃焼安定性を確保する図5の特性図中に実線で示した期間b2におけるF1流量の増加が実現できる。   According to the fuel control device 400 for controlling the fuel of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, the humidifier internal temperature 500 or the humidity increase in the database 405 is performed by the saturation humidity calculator included in the F1 bias calculator 404. Combustion air is generated by the humidifier tower internal air temperature 500 ′ estimated from any one of the heater supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, and the humidifier inlet air temperature 503, and the humidifier internal pressure 600. As with the fuel control device 400 of the first embodiment, the gas turbine combustor after adding moisture to the humidifier 4 is calculated from the calculation result of the combustion air temperature calculated from the saturation humidity of the combustion air. In the characteristic diagram of FIG. 5 that secures the combustion stability of 2, an increase in the F1 flow rate during the period b2 indicated by the solid line can be realized.

また、増湿器4に供給する増湿器給水量301の変化による燃焼用空気の過渡的な湿度変化に対しても、第1実施例の場合と同様にガスタービン燃焼器2の燃焼安定性が確保できる。   Further, the combustion stability of the gas turbine combustor 2 is also applied to a transient humidity change of combustion air due to a change in the humidifier water supply amount 301 supplied to the humidifier 4 as in the first embodiment. Can be secured.

本実施例によれば、高湿分空気利用ガスタービンの増湿器への水分添加の開始後でガスタービン燃焼器のNOx生成および火炎安定性に対する過渡的な条件変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器を低NOxで安定して燃焼させることを可能にした高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法および燃料制御装置が実現できる。   According to this embodiment, when a transient condition change occurs in the NOx generation and flame stability of the gas turbine combustor after the start of moisture addition to the humidifier of the high-humidity air-utilizing gas turbine, A fuel control method and a fuel control apparatus for a gas turbine combustor for a gas turbine using high humidity air that can stably burn the turbine combustor with low NOx can be realized.

高湿分空気利用ガスタービンに設置される本発明の第3実施例であるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置について図10乃至図13を用いて説明する。   A fuel control method and a fuel control apparatus for a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention installed in a high-humidity air-utilizing gas turbine will be described with reference to FIGS.

本実施例のガスタービン燃焼器の制御方法及び制御装置は、先の第1実施例のガスタービン燃焼器の制御方法及び制御装置と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。   Since the basic configuration of the gas turbine combustor control method and control device of the present embodiment is the same as that of the gas turbine combustor control method and control device of the first embodiment, a description common to both of them is given. Are omitted, and only the differences are described below.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置400は、ガスタービン排気ガス107から熱回収する再生熱交換器5の下流側に給水加熱器22を設置した点が第1実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置と異なっている。給水加熱器22は、再生熱交換器5を通過後の排気ガス107から熱エネルギーをさらに回収して増湿器4に供給する水を加温することで高湿分空気利用ガスタービンの熱効率を向上させる利点を有する。   The fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment is that the feed water heater 22 is installed downstream of the regenerative heat exchanger 5 that recovers heat from the gas turbine exhaust gas 107. This is different from the fuel control device of the combustor 2. The feed water heater 22 further recovers thermal energy from the exhaust gas 107 after passing through the regenerative heat exchanger 5 and heats the water supplied to the humidifier 4 to increase the thermal efficiency of the high humidity air-utilizing gas turbine. Has the advantage of improving.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御装置400では、増湿器内部温度500、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503、空気冷却器側の供給水温度504、給水加熱器側の供給水温度505のうち少なくとも一点と増湿器内圧600とを計測している。   In the fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, the humidifier internal temperature 500, the humidifier supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, the humidifier inflow air temperature 503, the air cooler. At least one point of the feed water temperature 504 on the side and the feed water temperature 505 on the feed water heater side and the humidifier internal pressure 600 are measured.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料制御方法及び燃料制御装置を適用した高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例を示す特性図について図11、図12を参照しながら説明する。   A characteristic diagram showing an example of an operation method of a high-humidity air-utilizing gas turbine to which the fuel control method and the fuel control device of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment are applied will be described with reference to FIGS.

図11の特性図の横軸は図4の特性図と同様に起動開始からの時刻、縦軸は上から回転数、発電量、空気流量、増湿器供給水量(給水加熱器側の増湿器供給水量303と空気冷却器側の増湿器供給水量305)、加湿空気104の湿度、増湿器内部温度500、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503、空気冷却器側の供給水温度504、給水加熱器側の供給水温度505をそれぞれ示したものである。   The horizontal axis of the characteristic diagram of FIG. 11 is the time from the start of the start as in the characteristic diagram of FIG. 4, and the vertical axis is the rotational speed, power generation amount, air flow rate, humidifier supply water amount from the top (humidification on the feed water heater side) Humidifier supply water amount 305), humidity of humidifier air 104, humidifier internal temperature 500, humidifier supply water temperature 501, humidifier circulating water temperature 502, humidifier The inflow air temperature 503, the supply water temperature 504 on the air cooler side, and the supply water temperature 505 on the feed water heater side are shown.

ここで、増湿器内部温度500、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器流入空気温度503、空気冷却器側供給水温度504、給水加熱器側供給水温度505は時刻に対して同様に温度変化することが、発明者らの高湿分空気利用ガスタービンのパイロットプラントの実験から分かっているのでまとめて示した。   Here, humidifier internal temperature 500, humidifier supply water temperature 501, humidifier circulating water temperature 502, humidifier inflow air temperature 503, air cooler side supply water temperature 504, feed water heater side supply water temperature 505 shows that the temperature changes in the same manner with respect to the time because it is known from the pilot plant experiment of the high-humidity air-utilizing gas turbine of the inventors.

また、図12の特性図の横軸は図11の特性図と同様に起動開始からの時刻、縦軸は上から燃焼温度、燃料流量、F1〜F4各系統の個別燃料流量を模式的に表したものである。また、期間aは起動から定格回転数に達するまでの回転数昇速期間、期間bはガスタービン起動中の増負荷期間、期間cは起動終了後の負荷追従運転期間を表す。増負荷期間bは前半の水分無添加期間b1、水分添加量変化期間b2、水分添加量一定期間b3に分かれている。   In addition, the horizontal axis of the characteristic diagram of FIG. 12 schematically represents the time from the start of startup as in the characteristic diagram of FIG. 11, and the vertical axis schematically represents the combustion temperature, fuel flow rate, and individual fuel flow rate of each of the F1 to F4 systems from the top. It is a thing. In addition, period a represents a speed increasing period from start to reach the rated speed, period b represents an increased load period during start of the gas turbine, and period c represents a load following operation period after the end of start. The increased load period b is divided into a first moisture-free addition period b1, a moisture addition amount change period b2, and a moisture addition amount constant period b3.

第1実施例の場合の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法を示した特性図と異なり、水分添加量変化期間b2は、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンでは増湿器4に対して合流して水を供給する2つの給水系統を備えていることから、給水加熱器側の供給水303の添加後に空気冷却器側の供給水305が添加される構成となっている。増湿器4へ水分添加を開始するまでの高湿分空気利用ガスタービンの運転の流れは第1実施例の場合と同様である。   Unlike the characteristic diagram showing the operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine in the case of the first embodiment, the moisture addition amount change period b2 is set in the humidifier 4 in the high-humidity air-utilizing gas turbine of the present embodiment. On the other hand, since two water supply systems that join and supply water are provided, the supply water 305 on the air cooler side is added after the supply water 303 on the water supply heater side is added. The flow of operation of the high-humidity air-utilizing gas turbine until the addition of moisture to the humidifier 4 is the same as in the first embodiment.

本実施例の場合の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法では、加湿開始指令により、まず給水加熱器側増湿器給水弁315が開き、開度に応じた流量の給水が増湿器4へと注水される。同時に、給水加熱器バイパス弁314は、給水加熱器22を流れる水量が所定の値となるよう制御されながら、開度を減少し最終的には全閉状態となる。   In the operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine in the case of the present embodiment, in response to the humidification start command, the feed water heater-side humidifier feed valve 315 is first opened, and the feed water at a flow rate corresponding to the opening is supplied to the humidifier 4 Water is poured into the water. At the same time, the feed water heater bypass valve 314 is controlled so that the amount of water flowing through the feed water heater 22 becomes a predetermined value, and the opening degree is decreased and finally the fully closed state.

その後は給水加熱器側増湿器給水弁315の開度を制御することで、給水加熱器22を流れる水量が所定の値となるよう調整される。引き続き、空気冷却器側増湿器給水弁312が開き、開度に応じた流量の給水が増湿器4へと注水される。   Thereafter, the amount of water flowing through the feed water heater 22 is adjusted to a predetermined value by controlling the opening of the feed water heater side humidifier feed valve 315. Subsequently, the air cooler-side humidifier water supply valve 312 is opened, and water with a flow rate corresponding to the opening degree is injected into the humidifier 4.

同時に、空気冷却器バイパス弁313は、空気冷却器28を流れる水量が所定の値となるよう制御されながら、開度を減少し最終的には全閉状態となる。その後は空気冷却器側増湿器給水弁312の開度を制御することで、空気冷却器28を流れる水量が所定の値となるよう調整される(期間b2〜b3)。   At the same time, the air cooler bypass valve 313 is controlled so that the amount of water flowing through the air cooler 28 becomes a predetermined value, while decreasing the opening degree and finally becomes a fully closed state. After that, the amount of water flowing through the air cooler 28 is adjusted to a predetermined value by controlling the opening degree of the air cooler side humidifier water supply valve 312 (periods b2 to b3).

本実施例においても、増湿器4による加湿後のガスタービン燃焼器2の燃焼安定性を確保するのに必要なF1燃料流量を求めるために、燃料制御装置400に設けたF1バイアス演算器404に内在する飽和湿度の演算器によって燃焼空気の飽和湿度を求める。第1実施例において述べたように、増湿器内部温度500と増湿器内圧600から加湿空気104の湿度を求めることができる。   Also in this embodiment, in order to obtain the F1 fuel flow rate necessary for ensuring the combustion stability of the gas turbine combustor 2 after humidification by the humidifier 4, the F1 bias calculator 404 provided in the fuel control device 400 is used. The saturation humidity of the combustion air is obtained by a saturation humidity calculator. As described in the first embodiment, the humidity of the humidified air 104 can be obtained from the humidifier internal temperature 500 and the humidifier internal pressure 600.

または、本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料を制御する燃料制御装置400によれば、増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器入口空気温度503、空気冷却器側供給水温度504、給水加熱器側供給水温度505のいずれか1つの計測値から第2実施例の場合と同様にして燃料制御装置400に設けたF1バイアス演算器404に内在する飽和湿度の演算器によって、増湿器内部温度500´を推算し、推算した増湿器内部温度500´と増湿器内圧600から加湿空気104の飽和湿度(燃焼空気湿度)を演算し、演算した燃焼空気湿度から燃焼温度を計算するようにしても良い。   Alternatively, according to the fuel control device 400 for controlling the fuel of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment, the humidifier supply water temperature 501, the humidifier circulating water temperature 502, the humidifier inlet air temperature 503, the air cooling. Saturated humidity inherent in the F1 bias calculator 404 provided in the fuel control device 400 in the same manner as in the second embodiment from one measured value of the water supply side water temperature 504 and the water supply heater side supply water temperature 505 Is used to estimate the humidifier internal temperature 500 ′, calculate the saturation humidity (combustion air humidity) of the humidified air 104 from the estimated humidifier internal temperature 500 ′ and the humidifier internal pressure 600, and calculate the combustion The combustion temperature may be calculated from the air humidity.

この結果、第1実施例及び第2実施例のガスタービン燃焼器2の燃燃料制御装置400と同様に、増湿器4に水分添加後もガスタービン燃焼器2の燃焼安定性を確保する図5の特性図中に実線で示した期間b2におけるF1流量の増加が実現できる。   As a result, similarly to the fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 of the first and second embodiments, the combustion stability of the gas turbine combustor 2 is ensured even after moisture is added to the humidifier 4. The increase in the F1 flow rate during the period b2 indicated by the solid line in the characteristic diagram of FIG.

本実施例のガスタービン燃焼器2の燃燃料制御装置400が適用される高湿分空気利用ガスタービンのように給水加熱器28を備えるときは、第2実施例の水温計測箇所に加えてさらに給水加熱器28の給水系統の水温計測によっても燃料制御が可能となり、計測箇所の選択肢が広がる点で利点がある。   When the feed water heater 28 is provided as in the high-humidity air-utilizing gas turbine to which the fuel / fuel control device 400 of the gas turbine combustor 2 of the present embodiment is applied, in addition to the water temperature measurement location of the second embodiment, Fuel control is also possible by measuring the water temperature of the water supply system of the feed water heater 28, which is advantageous in that the choices of measurement points are widened.

図13に示した本実施例のガスタービン燃焼器2の燃料を制御する燃料制御装置400の制御ブロックにおいては、増湿器内部温度500、あるいはデータベース405における増湿器供給水温度501、増湿器循環水温度502、増湿器入口空気温度503、空気冷却器側供給水温度504、給水加熱器側供給水温度505のいずれか1つの値から推算される増湿器内部温度500´と、増湿器内圧600とによって燃焼空気の飽和湿度が演算され、この燃焼空気の飽和湿度から演算された燃焼空気温度の計算結果から第1実施例、第2実施例の燃料制御装置400と同様に増湿器4に水分添加後もガスタービン燃焼器2の燃焼安定性を確保する図5の特性図中に実線で示した期間b2におけるF1流量の増加が実現できる。   In the control block of the fuel control apparatus 400 for controlling the fuel of the gas turbine combustor 2 of this embodiment shown in FIG. 13, the humidifier internal temperature 500 or the humidifier supply water temperature 501 and the humidifier in the database 405 are used. A humidifier internal temperature 500 ′ estimated from any one of a circulating water temperature 502, a humidifier inlet air temperature 503, an air cooler side supply water temperature 504, and a feed water heater side supply water temperature 505, The saturation humidity of the combustion air is calculated by the humidifier internal pressure 600, and the calculation result of the combustion air temperature calculated from the saturation humidity of the combustion air is used similarly to the fuel control device 400 of the first embodiment and the second embodiment. Even after moisture is added to the humidifier 4, an increase in the F1 flow rate during the period b <b> 2 indicated by the solid line in the characteristic diagram of FIG. 5 that ensures the combustion stability of the gas turbine combustor 2 can be realized.

また、増湿器4に供給する増湿器給水量301の変化による燃焼用空気の過渡的な湿度変化に対しても、第1実施例、第2実施例の場合と同様にガスタービン燃焼器2の燃焼安定性が確保できる。   Further, the gas turbine combustor is also applied to the transient humidity change of the combustion air due to the change of the humidifier water supply amount 301 supplied to the humidifier 4 in the same manner as in the first and second embodiments. 2 combustion stability can be secured.

なお、期間b3に到達後の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法は第1実施例の場合と同じ運用である。   The operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine after reaching the period b3 is the same operation as in the first embodiment.

本実施例では、空気冷却器28と給水加熱器22とを備えた構成の高湿分空気利用ガスタービンに本実施例のガスタービン燃焼器の燃料制御装置を適用した場合について説明したが、本構成において空気冷却器28を含まない構成の場合も同様の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法が可能である。その場合、増湿器内部温度500の他に、増湿器循環水温度502、給水加熱器側供給水温度505、増湿器供給水温度501によって加湿空気104の湿度(燃焼空気湿度)を求めれば良い。   In the present embodiment, the case where the fuel control device for the gas turbine combustor of the present embodiment is applied to the high-humidity air-utilizing gas turbine having the configuration including the air cooler 28 and the feed water heater 22 has been described. In the case of a configuration that does not include the air cooler 28 in the configuration, the same operation method of the high-humidity air-utilizing gas turbine is possible. In that case, in addition to the humidifier internal temperature 500, the humidity (combustion air humidity) of the humidified air 104 can be obtained by the humidifier circulating water temperature 502, the feed water heater side feed water temperature 505, and the humidifier feed water temperature 501. It ’s fine.

本実施例によれば、高湿分空気利用ガスタービンの増湿器への水分添加の開始後でガスタービン燃焼器のNOx生成および火炎安定性に対する過渡的な条件変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器を低NOxで安定して燃焼させることを可能にした高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法および燃料制御装置が実現できる。   According to this embodiment, when a transient condition change occurs in the NOx generation and flame stability of the gas turbine combustor after the start of moisture addition to the humidifier of the high-humidity air-utilizing gas turbine, A fuel control method and a fuel control apparatus for a gas turbine combustor for a gas turbine using high humidity air that can stably burn the turbine combustor with low NOx can be realized.

本発明は 高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法および燃料制御装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a fuel control method and a fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine.

1:圧縮機、2:燃焼器、3:タービン、4:増湿器、5:再生熱交換器、7:燃焼器ケーシング、8:燃焼器カバー、9:燃料ノズル、10:燃焼器ライナ、 11:ライナフロースリーブ、12:トランジションピース、13:トランジションピースフロースリーブ、20:発電機 、21:シャフト、22:給水加熱器、23:煙道、24:水回収装置、25:排気筒、26:水質浄化装置、27:吸気噴霧装置、28:空気冷却器、30:燃料ヘッダ、31:燃料ノズル、32:空気孔、33:空気孔プレート、35:燃料噴流、36:空気噴流、51:F1燃料フランジ、52:F2燃料フランジ、53:F3燃料フランジ、54:F4燃料フランジ、100:ガスタービン吸い込み空気(大気圧)、101:吸い込み空気(大気圧)、102:高圧空気、103:抽気空気、104:加湿空気、105:高温空気、106〜109:排気ガス、110:増湿器流入空気、200:燃料、201:F1燃料、202:F2燃料、203:F3燃料、204:F4燃料、210:燃料遮断弁、211:F1燃料制御弁、212:F2燃料制御弁、213:F3燃料制御弁、214:F4燃料制御弁、300:圧縮機吸気噴霧水、301:増湿器供給水、302、304:バイパス水、303、305:供給水、310:噴霧水量制御弁、312:増湿器給水量制御弁、313:増湿器バイパス弁、314:増湿器バイパス弁、315:増湿器給水量制御弁、401:減算器、402:燃料流量制御器、403:燃料流量比率設定器、404:F1バイアス設定器、405:データベース、407:実燃料流量制御器、410:燃料流量指令値、411:F1燃料比率、412:F2燃料比率、413:F3燃料比率、414:F4燃料比率、415:F1バイアス、500:増湿器内部温度、501:増湿器供給水温度、502:増湿器循環水温度、503:増湿器流入空気温度、504:増湿器供給水温度、505:増湿器供給水温度、600:増湿器内圧。   1: compressor, 2: combustor, 3: turbine, 4: humidifier, 5: regenerative heat exchanger, 7: combustor casing, 8: combustor cover, 9: fuel nozzle, 10: combustor liner, 11: liner flow sleeve, 12: transition piece, 13: transition piece flow sleeve, 20: generator, 21: shaft, 22: feed water heater, 23: flue, 24: water recovery device, 25: exhaust pipe, 26 : Water purification device, 27: Intake spray device, 28: Air cooler, 30: Fuel header, 31: Fuel nozzle, 32: Air hole, 33: Air hole plate, 35: Fuel jet, 36: Air jet, 51: F1 fuel flange, 52: F2 fuel flange, 53: F3 fuel flange, 54: F4 fuel flange, 100: gas turbine intake air (atmospheric pressure), 101: intake air (large Pressure), 102: high pressure air, 103: extraction air, 104: humidified air, 105: high temperature air, 106-109: exhaust gas, 110: humidifier inflow air, 200: fuel, 201: F1 fuel, 202: F2 Fuel: 203: F3 fuel, 204: F4 fuel, 210: Fuel cutoff valve, 211: F1 fuel control valve, 212: F2 fuel control valve, 213: F3 fuel control valve, 214: F4 fuel control valve, 300: Compressor Intake spray water, 301: Humidifier supply water, 302, 304: Bypass water, 303, 305: Supply water, 310: Spray water amount control valve, 312: Humidifier water supply control valve, 313: Humidifier bypass valve 314: Humidifier bypass valve, 315: Humidifier water supply control valve, 401: Subtractor, 402: Fuel flow controller, 403: Fuel flow ratio setting device, 404: F1 bias setting device, 405 Database, 407: Actual fuel flow controller, 410: Fuel flow command value, 411: F1 fuel ratio, 412: F2 fuel ratio, 413: F3 fuel ratio, 414: F4 fuel ratio, 415: F1 bias, 500: Humidification Internal temperature, 501: Humidifier supply water temperature, 502: Humidifier circulation water temperature, 503: Humidifier inflow air temperature, 504: Humidifier supply water temperature, 505: Humidifier supply water temperature, 600 : Humidifier internal pressure.

Claims (6)

圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される圧縮空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、
前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち一部の燃焼部に他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記保炎性に優れた燃焼部に燃料を供給する燃料比率の設定を、前記増湿器の内部温度と増湿器の内圧から推算した圧縮空気の空気湿度をもとに設定して、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
A compressor, a gas turbine combustor that burns fuel using compressed air compressed by the compressor to generate combustion gas, a turbine driven by the combustion gas generated by the gas turbine combustor, and a compressor that compresses High humidity air use comprising a humidifier that humidifies compressed air supplied to the gas turbine combustor and a regenerative heat exchanger that heats water supplied to the humidifier with exhaust gas exhausted from the turbine A gas turbine combustor for a gas turbine,
The gas turbine combustor is provided with a plurality of combustion sections each including a plurality of fuel nozzles for supplying fuel and a plurality of air flow paths for supplying combustion air, and some of the plurality of combustion sections installed In the fuel control method of the gas turbine combustor, in which the combustion part has a combustion part having better flame holding properties than the other combustion parts,
The setting of the fuel ratio for supplying fuel to the combustion portion having excellent flame holding properties is set based on the air humidity of the compressed air estimated from the internal temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier, A fuel control method for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine, comprising controlling a flow rate of fuel supplied to a plurality of combustion portions of the gas turbine combustor.
圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される圧縮空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、
前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルと同軸となるように空気孔プレートに形成された燃焼用空気を供給する複数の空気孔とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち、空気孔プレートの内周側に位置する燃焼部に空気孔プレートの外周側に位置する他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記保炎性に優れた燃焼部に燃料を供給する燃料比率の設定を、前記増湿器の内部温度と増湿器の内圧から推算した圧縮空気の空気湿度をもとに設定して、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
A compressor, a gas turbine combustor that burns fuel using compressed air compressed by the compressor to generate combustion gas, a turbine driven by the combustion gas generated by the gas turbine combustor, and a compressor that compresses High humidity air use comprising a humidifier that humidifies compressed air supplied to the gas turbine combustor and a regenerative heat exchanger that heats water supplied to the humidifier with exhaust gas exhausted from the turbine A gas turbine combustor for a gas turbine,
The gas turbine combustor includes a combustion section including a plurality of fuel nozzles for supplying fuel and a plurality of air holes for supplying combustion air formed in an air hole plate so as to be coaxial with the fuel nozzle. Among the plurality of installed combustion parts, the combustion part having a better flame holding property than the other combustion parts located on the outer peripheral side of the air hole plate in the combustion part located on the inner peripheral side of the air hole plate In the fuel control method of the gas turbine combustor forming
The setting of the fuel ratio for supplying fuel to the combustion portion having excellent flame holding properties is set based on the air humidity of the compressed air estimated from the internal temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier, A fuel control method for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine, comprising controlling a flow rate of fuel supplied to a plurality of combustion portions of the gas turbine combustor.
請求項1又は請求項2に記載の高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記増湿器に供給する供給水の水温、前記増湿器の余剰水を増湿器に再供給させる循環系の水温、及び前記増湿器に流入する空気の温度から前記増湿器内部の空気温度を推定し、
推定した前記増湿器内部の空気温度と前記増湿器の内圧から燃焼用空気の湿度を推算し、
推算した燃焼用空気の湿度に基づいてガスタービン燃焼器に設置した保炎性に優れた前記燃焼部に供給する燃料比率を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
In the fuel control method of the gas turbine combustor for the high-humidity air-utilizing gas turbine according to claim 1 or 2,
From the temperature of the supply water supplied to the humidifier, the water temperature of the circulation system for resupplying the surplus water of the humidifier to the humidifier, and the temperature of the air flowing into the humidifier, the inside of the humidifier Estimate the air temperature,
From the estimated air temperature inside the humidifier and the internal pressure of the humidifier, the humidity of the combustion air is estimated,
A gas turbine for a high-humidity air-utilizing gas turbine, characterized in that a fuel ratio supplied to the combustion section having excellent flame holding properties installed in a gas turbine combustor is controlled based on the estimated humidity of combustion air. Combustor fuel control method.
圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービンであって、
前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち一部の燃焼部に他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に燃料を供給する燃料制御装置は、
増湿器の内部空気温度と増湿器の内圧から推算した燃焼用空気湿度をもとに前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料比率のバイアス量を演算するバイアス演算器と、
前記バイアス演算器の出力に基づいて前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を算出する燃料流量比率設定器を備えて、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御装置。
A compressor, a gas turbine combustor that burns fuel using compressed air compressed by the compressor to generate combustion gas, a turbine driven by the combustion gas generated by the gas turbine combustor, and a compressor that compresses And a humidifier that humidifies the combustion air supplied to the gas turbine combustor and a regenerative heat exchanger that heats the water supplied to the humidifier with the exhaust gas exhausted from the turbine. A gas turbine,
The gas turbine combustor is provided with a plurality of combustion sections each including a plurality of fuel nozzles for supplying fuel and a plurality of air flow paths for supplying combustion air, and some of the plurality of combustion sections installed In the fuel control device of the gas turbine combustor, in which the combustion part is formed in the combustion part with a better flame holding property than the other combustion parts,
A fuel control device that supplies fuel to a plurality of combustion sections of the gas turbine combustor,
Bias for calculating the bias amount of the fuel ratio supplied to the combustion part of the gas turbine combustor having excellent flame holding properties based on the combustion air humidity estimated from the internal air temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier An arithmetic unit;
A fuel flow rate ratio setting device for calculating a fuel ratio supplied to the combustion section having excellent flame holding properties based on an output of the bias calculator, and a fuel flow ratio setting device for supplying fuel to the plurality of combustion sections of the gas turbine combustor; A fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine, wherein the flow rate ratio is controlled.
圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する増湿器と、増湿器に供給する水を前記タービンから排気した排ガスで加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービンであって、
前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルと同軸となるように空気孔プレートに形成された燃焼用空気を供給する複数の空気孔とで構成する燃焼部を複数設置し、前記複数設置された燃焼部のうち、空気孔プレートの内周側に位置する燃焼部に空気孔プレートの外周側に位置する他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部を形成しているガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に燃料を供給する燃料制御装置は、
増湿器の内部空気温度と増湿器の内圧から推算した燃焼用空気湿度をもとに前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料比率のバイアス量を演算するバイアス演算器と、
前記バイアス演算器の出力に基づいて前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を算出する燃料流量比率設定器を備えて、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御装置。
A compressor, a gas turbine combustor that burns fuel using compressed air compressed by the compressor to generate combustion gas, a turbine driven by the combustion gas generated by the gas turbine combustor, and a compressor that compresses And a humidifier that humidifies the combustion air supplied to the gas turbine combustor and a regenerative heat exchanger that heats the water supplied to the humidifier with the exhaust gas exhausted from the turbine. A gas turbine,
The gas turbine combustor includes a combustion section including a plurality of fuel nozzles for supplying fuel and a plurality of air holes for supplying combustion air formed in an air hole plate so as to be coaxial with the fuel nozzle. Among the plurality of installed combustion parts, the combustion part having a better flame holding property than the other combustion parts located on the outer peripheral side of the air hole plate in the combustion part located on the inner peripheral side of the air hole plate In the fuel control device of the gas turbine combustor forming
A fuel control device that supplies fuel to a plurality of combustion sections of the gas turbine combustor,
Bias for calculating the bias amount of the fuel ratio supplied to the combustion part of the gas turbine combustor having excellent flame holding properties based on the combustion air humidity estimated from the internal air temperature of the humidifier and the internal pressure of the humidifier An arithmetic unit;
A fuel flow rate ratio setting device for calculating a fuel ratio supplied to the combustion section having excellent flame holding properties based on an output of the bias calculator, and a fuel flow ratio setting device for supplying fuel to the plurality of combustion sections of the gas turbine combustor; A fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine, wherein the flow rate ratio is controlled.
請求項4又は請求項5に記載の高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に燃料を供給する燃料制御装置は、
前記バイアス演算器として前記増湿器に供給する供給水の水温、前記増湿器の余剰水を増湿器に再供給させる循環系の水温及び前記増湿器に流入する空気の温度から前記増湿器内部の空気温度を推定し、推定した増湿器内部の空気温度と増湿器の内圧から燃焼用空気の湿度を推算し、推算した燃焼用空気の湿度に基づいてガスタービン燃焼器に設置した前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率のバイアス量を演算するように構成したことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器の燃料制御装置。
The fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine according to claim 4 or 5,
A fuel control device that supplies fuel to a plurality of combustion sections of the gas turbine combustor,
The increase from the temperature of the supply water supplied to the humidifier as the bias calculator, the water temperature of the circulation system for resupplying the surplus water of the humidifier to the humidifier, and the temperature of the air flowing into the humidifier. Estimate the air temperature inside the humidifier, estimate the humidity of the combustion air from the estimated air temperature inside the humidifier and the internal pressure of the humidifier, and add it to the gas turbine combustor based on the estimated humidity of the combustion air. A fuel control device for a gas turbine combustor for a high-humidity air-utilizing gas turbine, wherein a bias amount of a fuel ratio supplied to the installed combustion portion having excellent flame holding properties is calculated.
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