JP5762874B2 - Gas turbine combustor, gas turbine, and control method of gas turbine combustor - Google Patents
Gas turbine combustor, gas turbine, and control method of gas turbine combustor Download PDFInfo
- Publication number
- JP5762874B2 JP5762874B2 JP2011167632A JP2011167632A JP5762874B2 JP 5762874 B2 JP5762874 B2 JP 5762874B2 JP 2011167632 A JP2011167632 A JP 2011167632A JP 2011167632 A JP2011167632 A JP 2011167632A JP 5762874 B2 JP5762874 B2 JP 5762874B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- combustion
- fuel
- flow rate
- gas turbine
- distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、ガスタービン燃焼器、ガスタービンおよびガスタービン燃焼器の制御方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine combustor control method.
ガスタービン発電プラントは、燃焼器へ燃料および圧縮空気を供給し、燃料を燃やして燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスでタービンを回転駆動し、このタービンの駆動力を発電機へ導いて電力を発生する。 A gas turbine power plant supplies fuel and compressed air to a combustor, burns the fuel to generate combustion gas, rotationally drives the turbine with this combustion gas, and guides the driving force of this turbine to the generator to generate electric power. Occur.
ところで、タービンを回転駆動する燃焼ガスは、燃焼温度が高くなるほど窒素酸化物(NOx)濃度が増す。そこで、予混合気を燃やして燃焼ガスを生成することによって局所的な燃焼温度の上昇を抑制する予混合燃焼法を採用し、窒素酸化物(NOx)の発生を抑制するガスタービン燃焼器が知られている。 By the way, the combustion gas for rotationally driving the turbine has a higher nitrogen oxide (NOx) concentration as the combustion temperature becomes higher. Therefore, a gas turbine combustor that uses a premixed combustion method that suppresses the local increase in the combustion temperature by burning the premixed gas to generate combustion gas and suppresses the generation of nitrogen oxides (NOx) is known. It has been.
しかし、希薄予混合気の燃焼は不安定であるため、複数の燃料ノズルに対して独立した燃料系統から燃料を分割供給することによって、燃焼器内の発熱・温度分布を制御し火炎を安定させる。火炎の安定する燃料配分条件は、各燃焼温度によって異なるため、ガスタービン状態量から燃焼温度を算出し、燃料配分のスケジュール制御を行なっている。 However, since the combustion of the lean premixed gas is unstable, the fuel is stabilized by controlling the heat generation and temperature distribution in the combustor by supplying fuel from multiple independent fuel systems to multiple fuel nozzles. . Since the fuel distribution condition for stabilizing the flame differs depending on the combustion temperature, the combustion temperature is calculated from the gas turbine state quantity, and the fuel distribution schedule control is performed.
低NOx燃焼器の実現においては、複数の燃料系統により燃焼器内温度分布を適切に制御し希薄混合燃焼を安定させるものであるが、燃焼に混合する空気は、取り込む外気の状態(温度や湿度、これらの季節変動)、圧縮機の効率低下によって温度、圧力および密度が変化する。この空気の状態量の変化は、燃焼温度が同じ条件であってもガスタービン燃焼器内の単位体積当たりの燃料の燃焼量(すなわち燃焼負荷率)を変化(増減)させ、火炎形状を変化させて燃焼を不安定にすることがある。火炎の不安定状態は燃焼器内の圧力変動を増大し、燃焼器損傷の原因または失火の原因となり得るので、火炎を安定させるために上記の燃料配分制御に補正を加える必要がある。 In the realization of a low NOx combustor, the temperature distribution in the combustor is appropriately controlled by a plurality of fuel systems to stabilize the lean mixed combustion, but the air mixed in the combustion is the state of the outside air to be taken in (temperature and humidity) , These seasonal variations), the temperature, pressure and density change due to the reduced efficiency of the compressor. This change in the state quantity of air changes (increases or decreases) the amount of fuel burned per unit volume (ie, combustion load factor) in the gas turbine combustor even under the same combustion temperature, and changes the flame shape. May make combustion unstable. Flame instability increases pressure fluctuations in the combustor and can cause combustor damage or misfire, so corrections to the fuel distribution control described above are required to stabilize the flame.
ところで、燃焼温度の計算方法は例えば、圧縮機が吸込む空気流量から算定するタービン効率、圧縮機の吐出圧力または圧力比およびタービンの排ガス温度から算定する方法や、ガスタービン燃焼器内の燃空比と燃焼ガスの組成から算出する方法がある。いずれの方法においてもガスタービン燃焼器内の燃焼負荷を表すことはできず、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応できない。 By the way, the calculation method of the combustion temperature is, for example, a method of calculating from the turbine efficiency calculated from the air flow rate sucked by the compressor, the discharge pressure or pressure ratio of the compressor and the exhaust gas temperature of the turbine, or the fuel-air ratio in the gas turbine combustor. And a method of calculating from the composition of the combustion gas. In any of the methods, the combustion load in the gas turbine combustor cannot be expressed, and the change in the combustion load factor with the change in the state quantity of air cannot be handled.
すなわち、燃焼温度を算出して希薄予混合気の燃焼の安定化を図る従来のガスタービン燃焼器は、ガスタービン燃焼器内の燃焼負荷を表すことはできず、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応できない。 In other words, the conventional gas turbine combustor which calculates the combustion temperature and stabilizes the combustion of the lean premixed gas cannot represent the combustion load in the gas turbine combustor, and is accompanied by a change in the air state quantity. Cannot cope with changes in combustion load factor.
そこで、本発明は、ガスタービン燃焼器内の燃焼負荷率の変化に対応し燃焼の安定化を図り、窒素酸化物(NOx)の発生を抑制可能なガスタービン燃焼器、ガスタービンおよびガスタービン燃焼器の制御方法を提案する。 Accordingly, the present invention provides a gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine combustion capable of stabilizing combustion in response to a change in the combustion load factor in the gas turbine combustor and suppressing generation of nitrogen oxides (NOx). We propose a method for controlling the container.
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係るガスタービン燃焼器は、燃料の流量を調整可能な複数の燃料弁と、前記燃料弁から流れ込む前記燃料と空気とを混合して予混合気にする予混合室を有する複数の予混合燃焼バーナと、前記予混合燃焼バーナから取り込む前記予混合気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室を有する中空胴と、前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する前記予混合室毎の前記燃料の分配量基準値および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を予め記憶するとともに、ガスタービンの状態量から前記燃焼ガスの燃焼温度を算出しかつ前記予混合室に流れ込む空気の状態量を測定してこの算出結果と測定結果とから前記分配量基準値を前記分配量補正値で補正して前記燃料弁毎の前記燃料の分配量を制御する制御部と、を備え、前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め定め、前記予混合室のいずれかで前記燃料の分配を停止する場合、前記燃焼温度の算出結果と前記状態量の測定結果とから前記置換空気流量を前記置換空気流量補正値で補正して燃料の分配を停止する前記予混合室を置換する前記空気の流量を制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention mixes a plurality of fuel valves capable of adjusting the flow rate of fuel, and the fuel and air flowing from the fuel valve to premix the mixture. A plurality of premixed combustion burners having a premixing chamber, a hollow cylinder having a combustion chamber for generating a combustion gas by burning the premixed gas taken from the premixed combustion burner, and calculating a combustion temperature of the combustion gas The fuel distribution amount reference value for each premixing chamber corresponding to the value and the distribution amount correction value corresponding to the state amount of the air flowing into the premixing chamber are stored in advance, and the combustion gas is calculated from the state amount of the gas turbine. The combustion temperature is calculated and the state quantity of the air flowing into the premixing chamber is measured, and the distribution quantity reference value is corrected with the distribution quantity correction value from the calculation result and the measurement result, and the fuel valve is measured for each fuel valve. fuel And a control unit for controlling the distribution amount, predetermined replacement air flow rate correction value corresponding to the state quantity of the air flowing into the replacement air flow and the premixing chamber corresponding to the combustion temperature calculation value of the combustion gas, wherein When the fuel distribution is stopped in any of the premixing chambers, the fuel distribution is performed by correcting the replacement air flow rate with the replacement air flow rate correction value from the calculation result of the combustion temperature and the measurement result of the state quantity. The flow rate of the air replacing the premixing chamber to be stopped is controlled .
また、本発明の実施形態に係るガスタービンは、前記ガスタービン燃焼器を備えることを特徴とする。 Moreover, the gas turbine which concerns on embodiment of this invention is equipped with the said gas turbine combustor, It is characterized by the above-mentioned.
さらに、本発明の実施形態に係るガスタービン燃焼器の制御方法は、燃料の流量を調整可能な複数の燃料弁と、前記燃料弁に接続して前記燃料と空気とを混合して混合気にする予混合室を有する複数の予混合器と、前記予混合器に接続して前記混合気を燃焼ガスにする燃焼室を有する中空胴と、を備えるガスタービン燃焼器の制御方法であって、前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する前記予混合室毎の前記燃料の分配量基準値および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を予め定め、ガスタービンの状態量から前記燃焼ガスの燃焼温度を算出し、前記予混合室に流れ込む空気の状態量を測定し、前記燃焼温度の算出結果と前記状態量の測定結果とから前記分配量基準値を前記分配量補正値で補正して前記予混合室毎の前記燃料の分配量を制御し、前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め定め、前記予混合室のいずれかで前記燃料の分配を停止する場合、前記燃焼温度の算出結果と前記状態量の測定結果とから前記置換空気流量を前記置換空気流量補正値で補正して燃料の分配を停止する前記予混合室を置換する前記空気の流量を制御することを特徴とする。 Furthermore, a control method for a gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention includes a plurality of fuel valves capable of adjusting the flow rate of fuel, and the fuel and air that are connected to the fuel valves to form an air-fuel mixture. A control method for a gas turbine combustor comprising: a plurality of premixers having a premixing chamber; and a hollow cylinder having a combustion chamber connected to the premixer to convert the mixture into a combustion gas, A fuel distribution amount reference value for each premixing chamber corresponding to the combustion temperature calculation value of the combustion gas and a distribution amount correction value corresponding to a state amount of air flowing into the premixing chamber are determined in advance, and the state of the gas turbine The combustion temperature of the combustion gas is calculated from the quantity, the state quantity of the air flowing into the premixing chamber is measured, and the distribution quantity reference value is calculated from the calculation result of the combustion temperature and the measurement result of the state quantity. The premixing chamber is corrected with a correction value. The controls the distribution amount of the fuel, the set of replacement air flow rate correction value corresponding to the state quantity of the air flowing into the replacement air flow and the premixing chamber corresponding to the combustion temperature calculation value of the combustion gas in advance, the premixing When stopping the fuel distribution in any of the chambers, the fuel distribution is stopped by correcting the replacement air flow rate with the replacement air flow rate correction value from the calculation result of the combustion temperature and the measurement result of the state quantity. The flow rate of the air replacing the premixing chamber is controlled .
本発明によれば、ガスタービン燃焼器内の燃焼負荷率の変化に対応し燃焼の安定化を図り、窒素酸化物(NOx)の発生を抑制可能なガスタービン燃焼器、ガスタービンおよびガスタービン燃焼器の制御方法を提案できる。 According to the present invention, a gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine combustion capable of stabilizing combustion in response to a change in a combustion load factor in the gas turbine combustor and suppressing generation of nitrogen oxides (NOx). Can propose a method of controlling the container.
本発明に係るガスタービン燃焼器、ガスタービンおよびガスタービン燃焼器の制御方法の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine combustor control method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
本発明に係るガスタービン燃焼器、ガスタービンおよびガスタービン燃焼器の制御方法の第1実施形態について、図1から図8を参照して説明する。
[First Embodiment]
1st Embodiment of the control method of the gas turbine combustor which concerns on this invention, a gas turbine, and a gas turbine combustor is described with reference to FIGS.
図1は、本発明の第1実施形態に係るガスタービン燃焼器を適用するガスタービン発電プラントの一例を示す概略的なシステム構成図である。 FIG. 1 is a schematic system configuration diagram showing an example of a gas turbine power plant to which the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention is applied.
図1に示すように、本実施形態に係るガスタービン発電プラント1は、大気中から入口案内翼2を介して空気を取り込み高温高圧の燃焼用空気に圧縮する圧縮機3と、空気流路5を介して燃焼用空気を取り込んで燃料を燃焼させるガスタービン燃焼器6と、ガスタービン燃焼器6から燃焼ガスを導入して燃焼ガスの断熱膨張によって回転駆動するガスタービン7と、ガスタービン7によって駆動し出力を得る発電機8と、を備える。圧縮機3およびガスタービン7は、タービン軸9を介して回転一体化されている。
As shown in FIG. 1, a gas
また、ガスタービン発電プラント1は、ガスタービン燃焼器6へ供給する燃料の流量を調整可能な複数の燃料制御弁11a、11b、11c(燃料弁)を備える。ガスタービン発電プラント1は、圧縮機3を駆動して圧縮空気をガスタービン燃焼器6へ送り込み、他方、燃料制御弁11a、11b、11cを適宜に開いて燃料をガスタービン燃焼器6へ送り込み、ガスタービン燃焼器6内で高温・高圧の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスでガスタービン7を回転駆動して発電機8から出力を得る。
The gas
さらに、ガスタービン発電プラント1は、燃料制御弁11a、11b、11c毎の燃料の分配量を制御する燃料制御装置12(制御部)を備える。
Furthermore, the gas
燃料制御装置12は、記憶部を有するコンピュータ等の演算装置である。燃料制御装置12は、軸端歯車13に近接する速度検出器15から得るガスタービン速度N、圧縮機3の入口部にある入口空気圧力検出器21から得る圧縮機入口空気圧力PX1、圧縮機3の入口部にある入口空気湿度検出器24から得る圧縮機入口空気絶対湿度HX1、圧縮機3の出口にある圧縮機吐出空気圧力検出器22から得る圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機3の出口にある圧縮機吐出空気温度検出器23から得る圧縮機吐出空気温度TX1、タービン出口にある排ガス温度検出器25から得る排ガス温度TX2、発電機出力検出器26から得る発電機出力MWおよび入口案内翼2の開度IGV等をガスタービン運転状態諸量として収集する。
The
また、燃料制御装置12は、ガスタービン運転状態諸量に基づいて所定の演算を行ない、燃料制御弁11a、11b、11cのそれぞれへ燃料分配制御信号FREF1、FREF2、FREF3を出力し、燃料制御弁11a、11b、11cの弁開度を制御して各弁11a、11b、11cの燃料の分配量を制御する。
Further, the
図2は、本発明の第1実施形態に係るガスタービン燃焼器を示す概略的なシステム構成図である。 FIG. 2 is a schematic system configuration diagram showing the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.
図2に示すように、本実施形態に係るガスタービン燃焼器6は、燃料制御弁11a、11b、11cから燃料ノズル29a、29b、29cを介して流れ込む燃料と空気Aとを混合して予混合気にする予混合室31a、31b、31cを有する複数の予混合燃焼バーナ32a、32b、32cと、予混合燃焼バーナ32a、32b、32cから取り込む予混合気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室33を有する中空胴35と、燃焼室33に接続して燃焼ガスをガスタービン7へ送り込むトランジションピース36と、を備える。
As shown in FIG. 2, the
予混合燃焼バーナ32a、32b、32cは、いずれも円筒状の中空胴35の一方の端部にある。予混合燃焼バーナ32a、32b、32cは、圧縮機3から取り込む高圧空気とともに燃料制御弁11a、11b、11cから流れ込む燃焼を予混合室31a、31b、31c内で混同して燃料希薄状態の予混合気を生成し、燃焼室33へ送り込む。予混合燃焼バーナ32a、32b、32cのいずれか(例えば、予混合燃焼バーナ32a)は他のバーナ(例えば、予混合燃焼バーナ32b、32c)よりもやや高めの燃空比の予混合気を生成し、他のバーナ(予混合燃焼バーナ32b、32c)の保炎f(火種)として機能する一方、起動の安定化を図るために拡散燃焼用ノズル(図示省略)を備える。
The premixed
ガスタービン燃焼器6は、保炎f(火種)用のバーナ(予混合燃焼バーナ32a)によって燃焼室33内の燃焼を比較的低温で安定し、窒素酸化物(NOx)濃度の低い燃焼ガスGを生成する。
The
図3は、本発明の第1実施形態に係るガスタービン燃焼器の他の例を示す概略的なシステム構成図である。 FIG. 3 is a schematic system configuration diagram showing another example of the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.
図3に示すように、本実施形態に係るガスタービン燃焼器6Aは、燃料制御弁11aから燃料ノズル29aを介して流れ込む燃料を燃焼室33内で拡散燃焼Dさせる拡散燃焼バーナ38と、燃料制御弁11b、11cから燃料ノズル29b、29cを介して流れ込む燃料と空気Aとを混合して予混合気にする予混合室31b、31cを有する複数の予混合燃焼バーナ32b、32cと、予混合燃焼バーナ32b、32cから取り込む予混合気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室33を有する中空胴35と、燃焼室33に接続して燃焼ガスをガスタービン7へ送り込むトランジションピース36と、を備える。
As shown in FIG. 3, the gas turbine combustor 6A according to this embodiment includes a
拡散燃焼バーナ38は、円筒状の中空胴35の一方の端部にある。拡散燃焼バーナ38は予混合燃焼バーナ32b、32cよりも高めの燃空比で燃料と圧縮空気とを燃焼室33内へ送り込み、予混合燃焼バーナ32b、32cの保炎(火種)fとして機能する。
The
予混合燃焼バーナ32b、32cは、円筒状の中空胴35の側面かつ中空胴35の一方の端部近傍にある。予混合燃焼バーナ32b、32cは、圧縮機3から取り込む高圧空気とともに燃料制御弁11b、11cから流れ込む燃焼を予混合室31b、31c内で混同して燃料希薄状態の予混合気を生成し、中空胴35の側面から燃焼室33の中心線方向へ向けて予混合気を送り込む。
The premixed
ガスタービン燃焼器6Aは、拡散燃焼バーナ38をガスタービン7の起動に使用し、ガスタービン7の運転負荷が予め定める負荷に達すると拡散燃焼バーナ38に対する燃料の流量を絞り、代って予混合燃焼バーナ32b、32cを使用して燃焼室33内の燃焼を比較的低温で安定し、窒素酸化物(NOx)濃度の低い燃焼ガスGを生成する。
The gas turbine combustor 6A uses the
次に、ガスタービン燃焼器6の燃料の分配量を制御する燃料制御装置12について説明する。
Next, the
図4は、本発明の第1実施形態に係るガスタービン燃焼器を適用するガスタービン発電プラントの制御ブロック図である。 FIG. 4 is a control block diagram of a gas turbine power plant to which the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention is applied.
図4に示すように、本実施形態に係る燃料制御装置12は、燃焼ガスGの燃焼温度算出値に対応する予混合室31a、31b、31c毎の燃料の分配量基準値および予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を予め記憶するとともに、ガスタービン運転状態諸量(ガスタービン7の状態量)から燃焼ガスGの燃焼温度を算出しかつ予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量を測定してこの算出結果と測定結果とから分配量基準値を分配量補正値で補正して予混合燃焼バーナ32a、32b、32c毎の燃料の分配量を制御する。燃料制御装置12は、総燃料流量算出部41と、燃焼器温度算出部42と、記憶部43と、分配制御部45と、を備える。
As shown in FIG. 4, the
総燃料流量算出部41は、ガスタービン運転状態諸量(具体的には、ガスタービン速度N、圧縮機入口空気圧力PX1、圧縮機吐出空気圧力PX2、排ガス温度TX2および発電機出力MW)を取得し、このガスタービン運転状態諸量および所定の演算式に基づいて燃料の総流量を算出して総燃料流量制御信号FREFを出力する。
The total fuel flow
燃焼器温度算出部42は、ガスタービン運転状態諸量(具体的には、圧縮機入口空気圧力PX1、圧縮機吐出空気圧力PX2、排ガス温度TX2、入口案内翼2の開度IGV)を取得し、このガスタービン運転状態諸量および所定の演算式に基づいて燃焼室33内の燃焼ガスGの燃焼温度を算出して燃焼器制御温度TITREFを出力する。
The combustor
記憶部43は、燃焼ガスGの燃焼温度算出値(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)に対応する予混合燃焼バーナ32a、32b、32c毎の燃料の分配量基準値(割合)を予混合燃焼バーナ32a、32b、32c毎に分配関数として予め記憶する。
The
また、記憶部43は、燃焼器制御温度TITREFおよび予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)に対応する分配量補正値(割合)を補正関数として予め記憶する。
The
分配制御部45は、燃焼器制御温度TITREFおよび分配関数に基づいて総燃料流量制御信号FREFを分配し、燃料制御弁11a、11b、11cの補正前の分配量である分配基準値FD1、FD2、FD3を求める。また、分配制御部45は、燃焼器制御温度TITREF、空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)および補正関数に基づいて燃料制御弁11b、11cの分配量補正値FC2、FC3を求める。そして分配制御部45は、分配基準値FD1、FD2、FD3を分配量補正値FC2、FC3で補正して燃料制御弁11a、11b、11c毎の流量F1、F2、F3を求め、流量F1、F2、F3に対応する分配燃料制御信号FREF1、FREF2、FREF3を生成し、これを燃料制御弁11a、11b、11cへ出力し、燃料の総流量と予混合燃焼バーナ32a、32b、32c毎の燃料分配割合を制御する。
The
分配制御部45が求める流量F1、F2、F3は、次の関係式による。
F1=TF×(FD1−FC2−FC3)÷100
F2=TF×(FD2+FC2)÷100
F3=TF×(FD3+FC3)÷100
FD1+FD2+FD3=100%
TF:燃料の総流量(総燃料流量制御信号FREF)
F1:燃料制御弁11aの燃料の流量
F2:燃料制御弁11bの燃料の流量
F3:燃料制御弁11cの燃料の流量
FD1:燃料制御弁11aの燃料の補正前分配量(%)
FD2:燃料制御弁11bの燃料の補正前分配量(%)
FD3:燃料制御弁11cの燃料の補正前分配量(%)
FC2:燃料制御弁11bの燃料の補正値(%)
FC3:燃料制御弁11cの燃料の補正値(%)
The flow rates F1, F2, and F3 obtained by the
F1 = TF × (FD1-FC2-FC3) ÷ 100
F2 = TF × (FD2 + FC2) ÷ 100
F3 = TF × (FD3 + FC3) ÷ 100
FD1 + FD2 + FD3 = 100%
TF: total fuel flow (total fuel flow control signal FREF)
F1: Fuel flow rate of the
FD2: Fuel distribution amount before correction of
FD3: Fuel distribution amount before correction of
FC2: fuel correction value of
FC3: fuel correction value of
なお、圧縮機吐出空気密度ρは、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1および圧縮機入口空気絶対湿度HX1から次式によって求める。
ρ={219.6×(h+1)}÷{(h+0.622)×(273.15+T)}×P÷760
ρ:圧縮機吐出空気密度(kg/m^3)
T:燃焼用空気温度(℃)としての圧縮機吐出空気温度TX1
P:燃焼用空気圧力(kPa_abs)としての圧縮機吐出空気圧力PX2
h:空気圧縮機入口絶対湿度(g/g)としての圧縮機入口空気絶対湿度HX1
The compressor discharge air density ρ is obtained from the compressor discharge air pressure PX2, the compressor discharge air temperature TX1, and the compressor inlet air absolute humidity HX1 by the following equation.
ρ = {219.6 × (h + 1)} ÷ {(h + 0.622) × (273.15 + T)} × P ÷ 760
ρ: Compressor discharge air density (kg / m ^ 3)
T: Compressor discharge air temperature TX1 as combustion air temperature (° C)
P: Compressor discharge air pressure PX2 as combustion air pressure (kPa_abs)
h: Compressor inlet air absolute humidity HX1 as air compressor inlet absolute humidity (g / g)
また、補正パラメータCは、圧縮機吐出空気密度ρから湿度の項目を無視して圧縮機吐出空気圧力PX2を圧縮機吐出空気温度TX1で除した値であり、次式によって求める。 補正パラメータC=P÷(273.15+T)
P:燃焼用空気圧力(kPa_abs)としての圧縮機吐出空気圧力PX2
T:燃焼用空気温度(℃)としての圧縮機吐出空気温度TX1
Further, the correction parameter C is a value obtained by dividing the compressor discharge air pressure PX2 by the compressor discharge air temperature TX1 while ignoring the humidity item from the compressor discharge air density ρ, and is obtained by the following equation. Correction parameter C = P ÷ (273.15 + T)
P: Compressor discharge air pressure PX2 as combustion air pressure (kPa_abs)
T: Compressor discharge air temperature TX1 as combustion air temperature (° C)
他方、ガスタービン燃焼器6Aの燃料の分配量を制御する燃料制御装置12Aは、ガスタービン燃焼器6の予混合燃焼バーナ32aをガスタービン燃焼器6Aの拡散燃焼バーナ38に置き換える。
On the other hand, the fuel control device 12A that controls the fuel distribution amount of the gas turbine combustor 6A replaces the premixed
具体的には、記憶部43Aは、燃焼ガスGの燃焼温度算出値(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)に対応する拡散燃焼バーナ38および予混合燃焼バーナ32b、32c毎の燃料の分配量基準値(割合)を拡散燃焼バーナ38および予混合燃焼バーナ32b、32c毎に分配関数として予め記憶する。
Specifically, the
また、記憶部43Aは、燃焼器制御温度TITREFおよび予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)に対応する分配量補正値(割合)を補正関数として予め記憶する。
The
分配制御部45Aは、燃焼器制御温度TITREFおよび分配関数に基づいて総燃料流量制御信号FREFを分配し、燃料制御弁11a、11b、11cの補正前の配分量である分配基準値FD1、FD2、FD3を求める。また、分配制御部45Aは、燃焼器制御温度TITREF、空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)および補正関数に基づいて燃料制御弁11b、11cの分配量補正値FC2、FC3を求める。そして分配制御部45Aは、分配基準値FD1、FD2、FD3を分配量補正値FC2、FC3で補正して燃料制御弁11a、11b、11c毎の流量F1、F2、F3を求め、流量F1、F2、F3に対応する分配燃料制御信号FREF1、FREF2、FREF3を生成し、これを燃料制御弁11a、11b、11cへ出力し、燃料の総流量と拡散燃焼バーナ38および予混合燃焼バーナ32b、32c毎の燃料分配割合を制御する。
The
図5は、本発明の第1実施形態に係るガスタービン燃焼器の分配関数の一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a distribution function of the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.
図5に示すように、本実施形態に係る燃料制御装置12、12Aの分配関数は、燃焼ガスGの燃焼温度Tf(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)の値に応じて燃料制御弁11a、11b、11c毎の燃料の分配量基準値を設定する。
As shown in FIG. 5, the distribution function of the
分配関数は、燃焼室33内の火炎の安定性と窒素酸化物(NOx)の濃度の抑制との観点から設定される。
The distribution function is set from the viewpoint of the stability of the flame in the
分配関数は、燃焼温度Tf(横軸)の低温域において、燃焼の安定度を増すために予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38の燃料の分配割合(FD1)を大きく取り、他方、予混合燃焼バーナ32b、32cに燃料の残量を分配(FD2、FD3)して窒素酸化物(NOx)の生成を抑制する。また、分配関数は、燃焼温度Tfが上昇するにしたがい、予混合燃焼バーナ32b、32cの燃焼の分配割合(FD2、FD3)を徐々に増して予混合燃焼バーナ32b、32cの燃焼の安定度を増し、予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38の燃料の分配割合(FD1)を下げ、保炎f(火種)を小さくする。
The distribution function takes a large fuel distribution ratio (FD1) of the premixed
図6から図8は、本発明の第1実施形態に係るガスタービン燃焼器の補正関数の一例を示す図である。図6は燃焼ガスの燃焼温度およびガスタービン燃焼器の入口における空気圧力と分配量補正値とを関係づけ、図7は燃焼ガスの燃焼温度およびガスタービン燃焼器の入口における空気温度と分配量補正値とを関係づけ、図8は燃焼ガスの燃焼温度およびガスタービン燃焼器の入口における空気密度もしくは補正パラメータと分配量補正値とを関係づける。 FIGS. 6-8 is a figure which shows an example of the correction function of the gas turbine combustor which concerns on 1st Embodiment of this invention. FIG. 6 relates the combustion temperature of the combustion gas, the air pressure at the inlet of the gas turbine combustor, and the distribution amount correction value, and FIG. 7 shows the combustion temperature of the combustion gas, the air temperature at the inlet of the gas turbine combustor, and the distribution amount correction. FIG. 8 relates the combustion temperature of the combustion gas and the air density or correction parameter at the inlet of the gas turbine combustor and the distribution amount correction value.
図6から図8に示すように、燃料制御装置12、12Aの補正関数は、燃焼ガスGの燃焼温度Tf(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)の値と、ガスタービン燃焼器6、6Aの入口における空気圧力、空気温度および空気密度のいずれかとに応じて燃料制御弁11b、11c毎の燃料の分配量補正値であるFC2を設定する。
As shown in FIGS. 6 to 8, the correction functions of the
燃焼ガスGの燃焼温度Tf(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)は例えば、圧縮機3が吸込む空気流量から算定するタービン効率、圧縮機の吐出圧力または圧力比およびタービン7の排ガス温度から算定する方法や、ガスタービン燃焼器6、6A内の燃空比と燃焼ガスの組成から算出する方法がある。いずれの方法においてもガスタービン燃焼器内の燃焼負荷を表すことはできず、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応できない。そこで、燃料制御装置12、12Aは、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を補正関数として記憶し、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量に応じて分配関数を補正する。
The combustion temperature Tf of the combustion gas G (that is, the combustor control temperature TITREF) is calculated from, for example, the turbine efficiency calculated from the air flow rate sucked by the
なお、図6から図8は、燃料制御弁11bの燃料の分配量補正値FC2を示すものであるところ、燃料制御弁11cの燃料の分配量補正値FC3も同様に設定される。なお、分配量補正値FC3は分配量補正値FC2に“−1”を乗算して得ることも良い。この場合、F1=TF×FD1÷100となり、燃料制御弁11aの燃料の流量は補正前分配量で決まる。
6 to 8 show the fuel distribution amount correction value FC2 of the
これら分配量補正値FC2、分配量補正値FC3は、ガスタービン発電プラント1を実験、試験、運用などの運転実績から適宜に設定し、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応して燃焼の安定度を増し、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制するよう予め設定する。分配量補正値FC2、FC3の上限は+3%、下限は−3%である。
These distribution amount correction value FC2 and distribution amount correction value FC3 are set as appropriate based on operational results of the gas
すなわち、ガスタービン燃焼器6に適用する燃料制御装置12の制御方法は、燃焼ガスGの燃焼温度算出値に対応する予混合室31a、31b、31c毎の燃料の分配量基準値および予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を予め定め、ガスタービン7の状態量から燃焼ガスGの燃焼温度を算出し、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量を測定し、燃焼温度の算出結果と予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量の測定結果とから分配量基準値を分配量補正値で補正して予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の毎の前記燃料の分配量を制御する。
That is, the control method of the
また、ガスタービン燃焼器6Aに適用する燃料制御装置12の制御方法は、燃焼ガスGの燃焼温度算出値に対応する予混合室31b、31c毎の燃料の分配量基準値および予混合室31b、31cに流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を予め定め、ガスタービン7の状態量から燃焼ガスGの燃焼温度を算出し、予混合室31b、31cに流れ込む空気の状態量を測定し、燃焼温度の算出結果と予混合室31b、31cに流れ込む空気の状態量の測定結果とから分配量基準値を分配量補正値で補正して予混合室31b、31cに流れ込む空気の毎の前記燃料の分配量を制御する。
Further, the control method of the
このように構成された本実施形態に係るガスタービン燃焼器6、6A、ガスタービン7および制御方法によれば、燃焼ガスGの燃焼温度を算出しても表しがたい燃焼室33内の燃焼負荷に対して、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量(圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)に基づき燃料制御弁11a、11b、11cの燃料の分配量を補正することが可能になり、燃焼負荷率の変化に対する予混合燃焼の安定度を増し、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制することができる。換言すれば、従来のガスタービン燃焼器のように算出方法を適用したり、燃焼室内の温度を実測したりすることによって燃焼ガスの燃焼温度を得ても、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応することが困難であるところ、本実施形態に係るガスタービン燃焼器6、6A、ガスタービン7および制御方法は、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量と燃焼負荷率の変化との関係を補正関数によって表し、燃料制御弁11a、11b、11cの燃料の分配量を補正して燃焼負荷率の変化に対応することが可能であり、燃焼負荷率の変化に対する予混合燃焼の安定度を増し、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制できる。
According to the
[第2の実施形態]
本発明に係るガスタービン燃焼器、ガスタービンおよびガスタービン燃焼器の制御方法の第2実施形態について、図9から図16を参照して説明する。
[Second Embodiment]
A gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine combustor control method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 16.
図9は、本発明の第2実施形態に係るガスタービン燃焼器を示す概略的なシステム構成図である。 FIG. 9 is a schematic system configuration diagram showing a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention.
図10は、本発明の第2実施形態に係るガスタービン燃焼器の他の例を示す概略的なシステム構成図である。 FIG. 10 is a schematic system configuration diagram showing another example of the gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention.
なお、本実施形態に係るにおいて第1実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図9および図10に示すように、本実施形態に係るガスタービン燃焼器6B、6Cは、燃焼ガスGの燃焼が安定すると、燃料制御弁11aを閉じ、予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38の保炎(火種)fを消火する。そこで、ガスタービン燃焼器6B、6Cは、予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38へ置換空気SA1を供給可能な置換空気弁51aを備える。また、ガスタービン燃焼器6B、6Cは、予混合燃焼バーナ32b、32cへ置換空気SA2、SA3を供給可能な置換空気弁51b、51cも備える。
As shown in FIGS. 9 and 10, the gas turbine combustors 6B and 6C according to the present embodiment close the
図11は、本発明の第2実施形態に係るガスタービン燃焼器を適用するガスタービン発電プラントの制御ブロック図である。 FIG. 11 is a control block diagram of a gas turbine power plant to which the gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention is applied.
図11に示すように、ガスタービン燃焼器6Bの場合、燃料制御装置12Bは、燃焼ガスGの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め記憶するとともに、予混合室31a、31b、31cのいずれか(具体的には予混合燃焼バーナ32a)で燃料の分配を停止する場合、燃焼温度算出結果と予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量の測定結果とから置換空気流量を置換空気流量補正値で補正して燃料の分配を停止する予混合室31aを置換する空気の流量を制御する。
As shown in FIG. 11, in the case of the gas turbine combustor 6B, the fuel control device 12B has a replacement air flow rate corresponding to a combustion temperature calculation value of the combustion gas G and a state quantity of air flowing into the
記憶部43Bは、分配関数および補正関数の他に、燃焼ガスGの燃焼温度算出値(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)に対応する置換空気弁51aの弁開度を置換空気流量関数として予め記憶する。なお、置換空気弁51aの弁開度は予混合燃焼バーナ32aの置換空気流量に相当する。
In addition to the distribution function and the correction function, the
また、記憶部43Bは、燃焼器制御温度TITREFおよび予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)に対応する置換空気流量補正値(割合)を置換空気流量補正関数として予め記憶する。
The
分配制御部45Bは、分配燃料制御信号FREF1、FREF2、FREF3を生成し、燃料の総流量と予混合燃焼バーナ32b、32c毎の燃料分配割合を制御する他、置換空気制御信号AREF1を生成して。予混合燃焼バーナ32aの置換空気の流量を制御する。具体的には、分配制御部45Bは、燃焼器制御温度TITREFおよび置換空気流量関数に基づいて置換空気弁51aの補正前弁開度AD1を求める。また、分配制御部45Bは、燃焼器制御温度TITREF、空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)および置換空気流量補正関数に基づいて置換空気弁51aの弁開度補正値AC1を求める。そして、分配制御部45Bは、補正前弁開度AD1を弁開度補正値AC1で補正して置換空気弁51aの弁開度SA1を求め、弁開度SA1に対応する置換空気制御信号AREF1を生成し、これを置換空気弁51aへ出力し、予混合燃焼バーナ32aの置換空気の流量を制御する。
The
他方、ガスタービン燃焼器6Cの燃料の分配量を制御する燃料制御装置12Cは、ガスタービン燃焼器6Bの予混合燃焼バーナ32aをガスタービン燃焼器6Cの拡散燃焼バーナ38に置き換える。
On the other hand, the fuel control device 12C that controls the fuel distribution amount of the gas turbine combustor 6C replaces the premixed
すなわち、ガスタービン燃焼器6Cの場合、燃料制御装置12Cは、燃焼ガスGの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および拡散燃焼バーナ38に流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め記憶するとともに、拡散燃焼バーナ38の燃料の分配を停止する場合、燃焼温度算出結果と拡散燃焼バーナ38に流れ込む空気の状態量の測定結果とから置換空気流量を置換空気流量補正値で補正して拡散燃焼バーナ38を置換する空気の流量を制御する。
That is, in the case of the gas turbine combustor 6C, the fuel control device 12C sets the replacement air flow rate correction value corresponding to the replacement air flow rate corresponding to the combustion temperature calculation value of the combustion gas G and the state quantity of the air flowing into the
記憶部43Cは、分配関数および補正関数の他に、燃焼ガスGの燃焼温度算出値(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)に対応する置換空気弁51aの弁開度を置換空気流量関数として予め記憶する。なお、置換空気弁51aの弁開度は拡散燃焼バーナ38の置換空気流量に相当する。
In addition to the distribution function and the correction function, the
また、記憶部43Cは、燃焼器制御温度TITREFおよび拡散燃焼バーナ38、31b、31cに流れ込む空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)に対応する置換空気流量補正値(割合)を置換空気流量補正関数として予め記憶する。
In addition, the
分配制御部45Cは、分配燃料制御信号FREF1、FREF2、FREF3を生成し、燃料の総流量と予混合燃焼バーナ32b、32c毎の燃料分配割合を制御する他、置換空気制御信号AREF1を生成して。拡散燃焼バーナ38の置換空気の流量を制御する。具体的には、分配制御部45Cは、燃焼器制御温度TITREFおよび置換空気流量関数に基づいて置換空気弁51aの補正前弁開度AD1を求める。また、分配制御部45Cは、燃焼器制御温度TITREF、空気の状態量(具体的には、圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)および置換空気流量補正関数に基づいて置換空気弁51aの弁開度補正値AC1を求める。そして、分配制御部45Cは、補正前弁開度AD1を弁開度補正値AC1で補正して置換空気弁51aの弁開度SA1を求め、弁開度SA1に対応する置換空気制御信号AREF1を生成し、これを置換空気弁51aへ出力し、拡散燃焼バーナ38の置換空気の流量を制御する。
The distribution control unit 45C generates distribution fuel control signals FREF1, FREF2, and FREF3, controls the total fuel flow rate and the fuel distribution ratio for each of the premixed
図12は、本発明の第2実施形態に係るガスタービン燃焼器の分配関数の一例を示す図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a distribution function of the gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention.
図12に示すように、本実施形態に係る燃料制御装置12B、12Cの分配関数は、燃焼ガスGの燃焼温度(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)の値に応じて燃料制御弁11a、11b、11c毎の燃料の分配量基準値を設定する。
As shown in FIG. 12, the distribution functions of the fuel control devices 12B and 12C according to the present embodiment are based on the
分配関数は、燃焼室33内の火炎の安定性と窒素酸化物(NOx)の濃度の抑制との観点から設定される。
The distribution function is set from the viewpoint of the stability of the flame in the
分配関数は、燃焼器制御温度TITREF(横軸)の低温域において、燃焼の安定度を増すために予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38の燃料の分配割合を大きく取り、他方、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制する予混合燃焼バーナ32b、32cに燃料の残量を分配する。また、分配関数は、燃焼器制御温度TITREFが上昇するにしたがい、予混合燃焼バーナ32b、32cの燃焼の分配割合を徐々に増しつつ予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38の燃料の分配を停止する。この過程で、分配関数は、予混合燃焼バーナ32b、32cのいずれか一方(例えば予混合燃焼バーナ32c)の燃料の分配量を大きくして予混合燃焼の安定度を増し、予混合燃焼バーナ32b、32cのいずれか他方(例えば予混合燃焼バーナ32b)の燃料の分配量を小さくして窒素酸化物(NOx)の生成を抑制する。
In the low temperature region of the combustor control temperature TITREF (horizontal axis), the distribution function takes a large fuel distribution ratio of the premixed
なお、補正関数は、図6から図8と同様のものである。分配量補正値FCは、ガスタービン発電プラント1を実験、試験、運用などの運転実績から適宜に設定し、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応して燃焼の安定度を増し、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制するよう予め設定する。
The correction function is the same as that shown in FIGS. The distribution amount correction value FC is set as appropriate based on operational results of the gas
そして、本実施形態に係る燃料制御装置12B、12Cの分配制御部45B、45Cが求める流量F1、F2、F3は、次の関係式による。なお次の関係式は、図12においてF1=0となる区間に適用するものである。
F1=0
F2=TF×(FD2+FC)÷100
F3=TF×(FD3−FC)÷100
FD2+FD3=100%
SA1=AD1+AC1÷100
TF:燃料の総流量(総燃料流量制御信号FREF)
F1:燃料制御弁11aの燃料の流量
F2:燃料制御弁11bの燃料の流量
F3:燃料制御弁11cの燃料の流量
FD2:燃料制御弁11bの燃料の補正前分配量(%)
FD3:燃料制御弁11cの燃料の補正前分配量(%)
FC:燃料制御弁11b、11cの燃料の補正値(%)
SA1:置換空気弁51aの空気の弁開度(または流量)
AD1:置換空気弁51aの空気の補正前弁開度(または補正前流量)
AC1:置換空気弁51aの空気の置換空気流量補正値(%)
なお、置換空気弁51b、51cは閉じておくのでSA2=SA3=0である。
The flow rates F1, F2, and F3 obtained by the
F1 = 0
F2 = TF × (FD2 + FC) ÷ 100
F3 = TF × (FD3-FC) ÷ 100
FD2 + FD3 = 100%
SA1 = AD1 + AC1 ÷ 100
TF: total fuel flow (total fuel flow control signal FREF)
F1: Fuel flow rate of the
FD3: Fuel distribution amount before correction of
FC: Fuel correction value (%) for
SA1: Valve opening degree (or flow rate) of the air of the
AD1: Pre-correction valve opening of the
AC1: Replacement air flow rate correction value (%) of the
Since the
図13は、本発明の第2実施形態に係るガスタービン燃焼器の置換空気供給関数の一例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a replacement air supply function of the gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention.
図13に示すように、本実施形態に係る燃料制御装置12B、12Cの置換空気供給関数は、燃焼ガスGの燃焼温度(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)の値に応じて置換空気弁51aの弁開度または流量を設定する。 As shown in FIG. 13, the replacement air supply function of the fuel control devices 12B and 12C according to the present embodiment is based on the value of the combustion temperature of the combustion gas G (that is, the combustor control temperature TITREF). Set the valve opening or flow rate.
置換空気供給関数は、予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38の燃料を分配停止すると、これを置き換えるようにして予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38へ置換空気の供給を始める。また、置換空気供給関数は、燃焼器制御温度TITREFが上昇するにしたがい、置換空気の供給量を徐々に増し、予混合燃焼バーナ32aまたは拡散燃焼バーナ38内の水分の滞留を防ぐ。
The replacement air supply function starts supplying the replacement air to the premixed
図14から図16は、本発明の第2実施形態に係るガスタービン燃焼器の置換空気流量補正関数の一例を示す図である。図14は燃焼ガスの燃焼温度およびガスタービン燃焼器の入口における空気圧力と置換空気流量補正値とを関係づけ、図15は燃焼ガスの燃焼温度およびガスタービン燃焼器の入口における空気温度と置換空気流量補正値とを関係づけ、図16は燃焼ガスの燃焼温度およびガスタービン燃焼器の入口における空気密度もしくは補正パラメータと置換空気流量補正値とを関係づける。 FIGS. 14 to 16 are diagrams illustrating an example of a replacement air flow rate correction function of the gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 relates the combustion temperature of the combustion gas, the air pressure at the inlet of the gas turbine combustor, and the replacement air flow correction value, and FIG. 15 shows the combustion temperature of the combustion gas, the air temperature at the inlet of the gas turbine combustor, and the replacement air. FIG. 16 relates the combustion temperature of the combustion gas and the air density or correction parameter at the inlet of the gas turbine combustor and the replacement air flow correction value.
図13から図15に示すように、燃料制御装置12B、12Cの置換空気流量補正関数は、燃焼ガスGの燃焼温度(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)の値と、ガスタービン燃焼器6、6Aの入口における空気圧力、空気温度および空気密度のいずれかとに応じて置換空気弁51aの置換空気流量補正値を設定する。
As shown in FIGS. 13 to 15, the replacement air flow rate correction function of the fuel control devices 12B and 12C includes the combustion temperature of the combustion gas G (that is, the combustor control temperature TITREF) and the
燃焼ガスGの燃焼温度(すなわち、燃焼器制御温度TITREF)は例えば、圧縮機3が吸込む空気流量から算定するタービン効率、圧縮機の吐出圧力または圧力比およびガスタービン7の排ガス温度から算定する方法や、ガスタービン燃焼器6、6A内の燃空比と燃焼ガスの組成から算出する方法がある。いずれの方法においてもガスタービン燃焼器内の燃焼負荷を表すことはできず、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応できない。そこで、燃料制御装置12B、12Cは、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を置換空気流量補正関数として記憶し、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量に応じて置換空気供給関数を補正する。
The combustion temperature of the combustion gas G (that is, the combustor control temperature TITREF) is calculated from, for example, the turbine efficiency calculated from the air flow rate sucked by the
置換空気流量補正値AC1は、ガスタービン発電プラント1を実験、試験、運用などの運転実績から適宜に設定し、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応して燃焼の安定度を増し、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制するよう予め設定する。置換空気流量補正値AC1の上限は+30%、下限は−30%である。
The replacement air flow rate correction value AC1 is set as appropriate based on operational results of the gas
このように構成された本実施形態に係るガスタービン燃焼器6B、6C、ガスタービン7および制御方法によれば、燃焼ガスGの燃焼温度を算出しても表しがたい燃焼室33内の燃焼負荷に対して、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量(圧縮機吐出空気圧力PX2、圧縮機吐出空気温度TX1、圧縮機吐出空気密度ρおよび補正パラメータCのいずれか)に基づき燃料制御弁11a、11b、11cの燃料の分配量を補正することが可能になり、燃焼負荷率の変化に対する予混合燃焼の安定度を増し、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制することができる。換言すれば、従来のガスタービン燃焼器のように算出方法を適用したり、燃焼室内の温度を実測したりすることによって燃焼ガスの燃焼温度を得ても、空気の状態量の変化にともなう燃焼負荷率の変化に対応することが困難であるところ、本実施形態に係るガスタービン燃焼器6B、6C、ガスタービン7および制御方法は、予混合室31a、31b、31cに流れ込む空気の状態量と燃焼負荷率の変化との関係を補正関数によって表し、燃料制御弁11a、11b、11cの燃料の分配量を補正して燃焼負荷率の変化に対応することが可能であり、燃焼負荷率の変化に対する予混合燃焼の安定度を増し、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制できる。
According to the gas turbine combustors 6B and 6C, the
したがって、本実施形態に係るガスタービン燃焼器6、6A、6B、6C、ガスタービン7およびガスタービン燃焼器の制御方法によれば、ガスタービン燃焼器6、6A、6B、6C内の燃焼負荷率の変化に対応し燃焼の安定化を図り、窒素酸化物(NOx)の発生を抑制できる。
Therefore, according to the control method for the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 ガスタービン発電プラント
2 入口案内翼
3 圧縮機
5 空気流路
6、6A、6B、6C ガスタービン燃焼器
7 ガスタービン
8 発電機
9 タービン軸
11a、11b、11c 燃料制御弁
12、12A、12B、12C 燃料制御装置
13 軸端歯車
15 速度検出器
21 入口空気圧力検出器
22 圧縮機吐出空気圧力検出器
23 圧縮機吐出空気温度検出器
25 排ガス温度検出器
26 発電機出力検出器
29a、29b、29c 燃料ノズル
31a、31b、31c 予混合室
32a、32b、32c 予混合燃焼バーナ
33 燃焼室
35 中空胴
36 トランジションピース
38 拡散燃焼バーナ
41 総燃料流量算出部
42 燃焼器温度算出部
43、43A、43B、43C 記憶部
45、45A、45B、45C 分配制御部
51a、51b、51c 置換空気弁
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記燃料弁から流れ込む前記燃料と空気とを混合して予混合気にする予混合室を有する複数の予混合燃焼バーナと、
前記予混合燃焼バーナから取り込む前記予混合気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室を有する中空胴と、
前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する前記予混合室毎の前記燃料の分配量基準値および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を予め記憶するとともに、ガスタービンの状態量から前記燃焼ガスの燃焼温度を算出しかつ前記予混合室に流れ込む空気の状態量を測定してこの算出結果と測定結果とから前記分配量基準値を前記分配量補正値で補正して前記燃料弁毎の前記燃料の分配量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め記憶するとともに、前記予混合室のいずれかで前記燃料の分配を停止する場合、前記燃焼温度算出結果と前記状態量の測定結果とから前記置換空気流量を前記置換空気流量補正値で補正して燃料の分配を停止する前記予混合室を置換する前記空気の流量を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器。 Multiple fuel valves with adjustable fuel flow rates;
A plurality of premixed combustion burners having a premixing chamber that mixes the fuel and air flowing from the fuel valve into a premixed gas;
A hollow cylinder having a combustion chamber for combusting the premixed gas taken from the premixed combustion burner to generate combustion gas;
The fuel distribution amount reference value corresponding to the premixing chamber corresponding to the combustion temperature calculation value of the combustion gas and the distribution amount correction value corresponding to the state amount of the air flowing into the premixing chamber are stored in advance, and the gas turbine The combustion gas combustion temperature is calculated from the state quantity and the state quantity of the air flowing into the premixing chamber is measured, and the distribution quantity reference value is corrected with the distribution quantity correction value from the calculation result and the measurement result. A control unit for controlling the distribution amount of the fuel for each fuel valve,
The control unit stores in advance a replacement air flow rate corresponding to a combustion temperature calculation value of the combustion gas and a replacement air flow rate correction value corresponding to a state quantity of air flowing into the premixing chamber. When the fuel distribution is stopped, the premixing chamber stops the fuel distribution by correcting the replacement air flow rate with the replacement air flow rate correction value from the combustion temperature calculation result and the state quantity measurement result. features and to Ruga turbines combustor to control the flow rate of the air to replace.
前記制御部は、前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および前記拡散燃焼バーナに流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め記憶するとともに、前記拡散燃焼バーナの前記燃料の分配を停止する場合、前記燃焼温度算出結果と前記状態量の測定結果とから前記置換空気流量を前記置換空気流量補正値で補正して前記拡散燃焼バーナを置換する前記空気の流量を制御することを特徴とする請求項1に記載のガスタービン燃焼器。 A diffusion combustion burner for diffusing and burning the fuel flowing from the fuel valve in the combustion chamber;
The control unit stores in advance a replacement air flow rate corresponding to a combustion temperature calculation value of the combustion gas and a replacement air flow rate correction value corresponding to a state quantity of air flowing into the diffusion combustion burner, and the diffusion combustion burner When stopping fuel distribution, the flow rate of the air replacing the diffusion combustion burner is controlled by correcting the replacement air flow rate with the replacement air flow rate correction value from the combustion temperature calculation result and the state quantity measurement result. The gas turbine combustor according to claim 1 .
前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する前記予混合室毎の前記燃料の分配量基準値および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する分配量補正値を予め定め、
ガスタービンの状態量から前記燃焼ガスの燃焼温度を算出し、
前記予混合室に流れ込む空気の状態量を測定し、
前記燃焼温度の算出結果と前記状態量の測定結果とから前記分配量基準値を前記分配量補正値で補正して前記予混合室毎の前記燃料の分配量を制御し、
前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および前記予混合室に流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め定め、
前記予混合室のいずれかで前記燃料の分配を停止する場合、前記燃焼温度の算出結果と前記状態量の測定結果とから前記置換空気流量を前記置換空気流量補正値で補正して燃料の分配を停止する前記予混合室を置換する前記空気の流量を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。 A plurality of fuel valves capable of adjusting the flow rate of fuel; a plurality of premixers having a premixing chamber connected to the fuel valves to mix the fuel and air to form a mixture; and the premixer A gas turbine combustor control method comprising: a hollow cylinder having a combustion chamber connected to convert the mixture into combustion gas,
The fuel distribution amount reference value for each premixing chamber corresponding to the combustion temperature calculation value of the combustion gas and a distribution amount correction value corresponding to the state quantity of air flowing into the premixing chamber are determined in advance
Calculate the combustion temperature of the combustion gas from the state quantity of the gas turbine,
Measure the amount of state of air flowing into the premixing chamber,
From the calculation result of the combustion temperature and the measurement result of the state quantity, the distribution quantity reference value is corrected with the distribution quantity correction value to control the fuel distribution quantity for each premixing chamber,
A replacement air flow rate correction value corresponding to a replacement air flow rate corresponding to a combustion temperature calculation value of the combustion gas and a state quantity of air flowing into the premixing chamber is determined in advance,
When stopping the fuel distribution in any of the premixing chambers, the fuel distribution is performed by correcting the replacement air flow rate with the replacement air flow rate correction value from the calculation result of the combustion temperature and the measurement result of the state quantity. the method features and be Ruga turbines combustor to control the flow rate of the air to replace the premixing chamber to stop.
前記燃焼ガスの燃焼温度算出値に対応する置換空気流量および前記拡散燃焼バーナに流れ込む空気の状態量に対応する置換空気流量補正値を予め定め、
前記拡散燃焼バーナの前記燃料の分配を停止する場合、前記燃焼温度の算出結果と前記状態量の測定結果とから前記置換空気流量を前記置換空気流量補正値で補正して前記拡散燃焼バーナを置換する前記空気の流量を制御することを特徴とする請求項5に記載のガスタービン燃焼器の制御方法。 The gas turbine combustor includes a diffusion combustion burner that is connected to the fuel valve and diffuses combustion in the combustion chamber.
A replacement air flow rate correction value corresponding to a replacement air flow rate corresponding to a combustion temperature calculation value of the combustion gas and a state quantity of air flowing into the diffusion combustion burner is determined in advance,
When the fuel distribution of the diffusion combustion burner is stopped, the diffusion combustion burner is replaced by correcting the replacement air flow rate with the replacement air flow rate correction value from the calculation result of the combustion temperature and the measurement result of the state quantity. The method of controlling a gas turbine combustor according to claim 5 , wherein a flow rate of the air is controlled.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011167632A JP5762874B2 (en) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | Gas turbine combustor, gas turbine, and control method of gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011167632A JP5762874B2 (en) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | Gas turbine combustor, gas turbine, and control method of gas turbine combustor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013029095A JP2013029095A (en) | 2013-02-07 |
JP5762874B2 true JP5762874B2 (en) | 2015-08-12 |
Family
ID=47786337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011167632A Expired - Fee Related JP5762874B2 (en) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | Gas turbine combustor, gas turbine, and control method of gas turbine combustor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5762874B2 (en) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62174539A (en) * | 1985-09-30 | 1987-07-31 | Toshiba Corp | Gas turbine controller |
JPH01139919A (en) * | 1987-11-27 | 1989-06-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and device for gas turbine combustion |
JPH05149544A (en) * | 1991-11-27 | 1993-06-15 | Toshiba Corp | Controller for gas turbine |
JP2667609B2 (en) * | 1992-06-26 | 1997-10-27 | 株式会社東芝 | Gas turbine control device |
JP3278923B2 (en) * | 1992-09-17 | 2002-04-30 | 株式会社日立製作所 | Gas turbine power generator, control method for denitration device, and control device for denitration device |
JPH08200096A (en) * | 1995-01-23 | 1996-08-06 | Toshiba Corp | Fuel supply device of gas turbine equipment for power generation |
JP2004027891A (en) * | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Toshiba Corp | Fuel valve opening degree controlling system |
JP4838107B2 (en) * | 2006-12-11 | 2011-12-14 | 株式会社日立製作所 | Gas turbine, high humidity gas turbine, and combustor used in gas turbine |
-
2011
- 2011-07-29 JP JP2011167632A patent/JP5762874B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013029095A (en) | 2013-02-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7513100B2 (en) | Systems for low emission gas turbine energy generation | |
US9017064B2 (en) | Utilizing a diluent to lower combustion instabilities in a gas turbine engine | |
JP5185791B2 (en) | Gas turbine control device | |
US9708983B2 (en) | Gas turbine with sequential combustion arrangement | |
US10151487B2 (en) | Sequential combustion arrangement with dilution gas | |
JP2015534632A (en) | Combustor with radially stepped premixed pilot for improved maneuverability | |
US20120017600A1 (en) | Combustor Control Method and Combustor Controller | |
JP2011252494A (en) | Gas turbine combustion system with rich premixed fuel reforming and method of use thereof | |
US20130327050A1 (en) | Controlling flame stability of a gas turbine generator | |
CA2829613C (en) | Method for operating a gas turbine with sequential combustion and gas turbine for conducting said method | |
JP4409566B2 (en) | Lean premixed combustion system and control method thereof | |
US20140157785A1 (en) | Fuel supply system for gas turbine | |
EP2948659B1 (en) | Method of operating a gas turbine for reduced ammonia slip | |
JP2006029162A (en) | Control device and control method of gas turbine | |
JP5762874B2 (en) | Gas turbine combustor, gas turbine, and control method of gas turbine combustor | |
US20180283287A1 (en) | Ultra-low nox emission gas turbine engine in mechanical drive applications | |
US11815032B2 (en) | Controller and method | |
JP5939942B2 (en) | Gas turbine combustor and fuel control method for gas turbine combustor | |
JP2015129490A (en) | combustor and gas turbine | |
JP7307701B2 (en) | gas turbine combustor | |
EP1793170A2 (en) | Opposed flow combustor | |
JP6800787B2 (en) | Gas turbine combustor and its control method | |
JP5031779B2 (en) | Control device for gas turbine engine | |
US20170241339A1 (en) | Combustor and gas turbine | |
EP2955353A1 (en) | Method for operating a gas turbine with flue gas recirculation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131226 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140808 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140902 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150512 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150610 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5762874 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |