JP6023566B2 - Gas turbine combustor and operation method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービン燃焼器及びその運転方法に関する。   The present invention relates to a gas turbine combustor and an operation method thereof.

近年、発電コストの低減、資源の有効利用、及び、地球温暖化防止の観点から、製鉄所で副生するコークス炉ガスや製油所で副生するオフガスなどの水素を含む水素含有燃料を有効利用することが検討されている。   In recent years, from the viewpoints of reducing power generation costs, effective use of resources, and prevention of global warming, effective use of hydrogen-containing fuels including hydrogen such as coke oven gas by-produced at steelworks and off-gas produced as a by-product at refineries To be considered.

例えば、ガスタービン発電プラントに水素含有燃料を利用すると、水素含有燃料は、燃焼時における二酸化炭素(Carbon Dioxide：CO2)の排出量が少ないため、地球温暖化防止策として有効である。また、豊富な資源である石炭をガス化して発電する石炭ガス化複合発電プラント（Integrated coal Gasification Combined Cycle：IGCC）においては、ガスタービンに供給する水素含有燃料中の炭素分を回収・貯留するシステム（Carbon Capture and Storage：CCS）を設けて、CO2排出量を更に削減する方策も検討されている。 For example, when a hydrogen-containing fuel is used in a gas turbine power plant, the hydrogen-containing fuel is effective as a measure for preventing global warming because carbon dioxide (Carbon Dioxide: CO 2 ) emissions during combustion are small. In the integrated coal gasification combined cycle (IGCC), which generates gas by gasifying abundant resources, a system that collects and stores the carbon in the hydrogen-containing fuel supplied to the gas turbine. (Carbon Capture and Storage: CCS) has been established to further reduce CO 2 emissions.

一方、水素含有燃料に含まれる水素は、可燃範囲が広く燃焼速度が速いため、ガスタービンの燃焼室内の壁面近傍で高温の火炎を形成し、燃焼器の信頼性を損なうことが懸念される。このような高温の火炎の局所的な形成を防止する手段としては、燃料を分散させ燃焼室内で均一に燃焼させる方法が有効である。   On the other hand, since hydrogen contained in the hydrogen-containing fuel has a wide flammable range and a high combustion speed, there is a concern that a high-temperature flame is formed near the wall surface in the combustion chamber of the gas turbine and the reliability of the combustor is impaired. As a means for preventing the local formation of such a high-temperature flame, a method of dispersing the fuel and burning it uniformly in the combustion chamber is effective.

燃料の分散性を高めて高温の火炎の形成を防止し、ＮＯＸ排出量を低減する方法として、複数の燃料ノズルと複数の空気孔を備え、燃料流、および燃料流の周囲に形成された空気流を燃焼室に噴射するバーナを複数個配置した燃焼器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 To enhance the dispersibility of the fuel to prevent formation of high-temperature flame, a method for reducing NO X emissions, comprising a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes, the fuel flow, and formed around the fuel flow A combustor in which a plurality of burners for injecting an air flow into a combustion chamber is arranged is disclosed (for example, see Patent Document 1).

特開２００３−１４８７３４号公報JP 2003-148734 A

上述した水素含有燃料をガスタービンの燃料として使用する場合、燃焼器内で着火に失敗すると、未燃焼の水素含有燃料が燃焼器から排出されて、下流側のタービン内に滞留する危険性が懸念される。このため、水素含有燃料を用いるガスタービンにおいては、水素を含まない起動用燃料（例えば、油燃料）で着火し、所定の部分負荷まで起動用燃料で運転し、所定の部分負荷において、起動用燃料から水素含有燃料に切り替え、この後、水素含有燃料により定格負荷まで負荷上昇させ、運転継続することが考えられる。   When the hydrogen-containing fuel described above is used as a fuel for a gas turbine, there is a concern that unburned hydrogen-containing fuel may be discharged from the combustor and stay in the turbine on the downstream side if ignition fails in the combustor. Is done. For this reason, in a gas turbine using a hydrogen-containing fuel, ignition is performed with a start-up fuel (for example, oil fuel) that does not contain hydrogen, and the start-up fuel is operated up to a predetermined partial load. It can be considered that the fuel is switched from fuel to hydrogen-containing fuel, and thereafter the load is increased to the rated load with the hydrogen-containing fuel and the operation is continued.

ところで、水素含有燃料である副生ガスは水素を３０％〜６０％含み、石炭ガス化ガスは水素を２５％〜９０％含む。また、これらの水素含有燃料の組成は、プラントの運転条件や大気条件に応じて幅広く変化する。このため、起動用燃料から水素含有燃料への切り替え中に、水素含有燃料の組成が幅広く変化すると、形成される火炎の状態が大きく変化するため、燃焼安定性が低下することが懸念される。   By the way, the byproduct gas which is a hydrogen-containing fuel contains 30% to 60% of hydrogen, and the coal gasification gas contains 25% to 90% of hydrogen. Moreover, the composition of these hydrogen-containing fuels varies widely depending on the operating conditions and atmospheric conditions of the plant. For this reason, when the composition of the hydrogen-containing fuel changes widely during the switching from the starting fuel to the hydrogen-containing fuel, the state of the flame formed is greatly changed, and there is a concern that the combustion stability is lowered.

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、ガスタービンの燃料を起動用燃料から水素含有燃料への切り替え中に、水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることのできるガスタービン燃焼器及びその運転方法を提供するものである。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned matters, and its purpose is to change the composition of the hydrogen-containing fuel during the switching of the gas turbine fuel from the starting fuel to the hydrogen-containing fuel. A gas turbine combustor capable of ensuring combustion stability and switching fuel stably and an operation method thereof are provided.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ガスタービンの起動過程に起動用燃料からガス燃料へ燃料切り替えを行うガスタービン燃焼器において、下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと，前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備えたバーナと、前記バーナの軸中心に設けられ、前記起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、前記バーナへ前記ガス燃料を供給するガス供給配管と、前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量を調整するガス燃料流量調節弁と、前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度を計測する温度検出器と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の発熱量を計測する熱量計と、前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込み、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替えの際に、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出し、前記ガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, in the gas turbine combustor that switches the fuel from the starting fuel to the gas fuel during the starting process of the gas turbine, the downstream combustion is performed. A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a chamber, and a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, for guiding compressed air to the combustion chamber, coaxially with the plurality of fuel nozzles A burner having a plurality of concentrically arranged air hole plates, an activation fuel nozzle provided at the center of the burner for injecting the activation fuel, and supplying the gas fuel to the burner A gas supply pipe, a start-up fuel supply pipe for supplying the start-up fuel to the start-up fuel nozzle, and a gas fuel flow provided in the gas supply pipe for adjusting a supply flow rate of the gas fuel A temperature detection unit that is provided in the control valve, provided in the startup fuel supply pipe and adjusts the supply flow rate of the startup fuel, and provided in the gas supply pipe and that measures the temperature of the gas fuel. A gas meter, a calorimeter for measuring a calorific value of the gas fuel, and a temperature process and a calorific value of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter. when the startup fuel of the fuel switching to gas fuel in calculates the time rate of change of the startup fuel flow rate and time rate of change of the flow rate of the gas fuel, and calculates each flow rate command signal, the gas fuel And a controller for outputting each flow command signal to the flow control valve and the starting fuel flow control valve.

本発明によれば、ガスタービンの燃料を起動用燃料から水素含有燃料への切り替え中に、水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。   According to the present invention, even when the composition of the hydrogen-containing fuel changes during the switching of the gas turbine fuel from the starting fuel to the hydrogen-containing fuel, the combustion stability is ensured and the fuel can be switched stably. it can.

本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を備えたガスタービンプラントの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gas turbine plant provided with 1st Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention. 本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態におけるガスタービン回転数及び負荷に対する起動用燃料とガス燃料の流量変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the flow rate change of the starting fuel and gas fuel with respect to the gas turbine rotation speed and load in 1st Embodiment of the gas turbine combustor of this invention, and its operating method. 本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を構成する制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus which comprises 1st Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention. 本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を構成する制御装置の燃料切り替え処理を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the fuel switching process of the control apparatus which comprises 1st Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention. 本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を構成する制御装置の処理内容を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the processing content of the control apparatus which comprises 1st Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention. 本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を備えたガスタービンプラントの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gas turbine plant provided with 2nd Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention. 本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を構成する制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus which comprises 2nd Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention. 本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を構成する制御装置の燃料切り替え処理を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the fuel switching process of the control apparatus which comprises 2nd Embodiment of the gas turbine combustor of this invention, and its operating method.

以下、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の実施の形態を図面を用いて説明する。   Embodiments of a gas turbine combustor and an operation method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を備えたガスタービンプラントの概略構成図である。図１において、ガスタービンプラント１は、主に、空気圧縮機２，燃焼器３，タービン４，及び発電機６から構成される。空気圧縮機２は、大気より空気１０１を吸入して圧縮し、圧縮空気１０２を生成し、生成した圧縮空気１０２を燃焼器３へ送る。燃焼器３は、空気圧縮機２が生成した圧縮空気１０２とガス燃料２００または液体燃料２１０とを混合燃焼させて燃焼ガス１１０を生成し、この燃焼ガス１１０をタービン４へ導出する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine plant provided with a first embodiment of a gas turbine combustor and an operation method thereof according to the present invention. In FIG. 1, the gas turbine plant 1 mainly includes an air compressor 2, a combustor 3, a turbine 4, and a generator 6. The air compressor 2 sucks and compresses air 101 from the atmosphere, generates compressed air 102, and sends the generated compressed air 102 to the combustor 3. The combustor 3 mixes and burns the compressed air 102 generated by the air compressor 2 and the gas fuel 200 or the liquid fuel 210 to generate the combustion gas 110, and the combustion gas 110 is led to the turbine 4.

燃焼器３から導かれた燃焼ガス１１０は、タービン４において、図示しない静翼を経て図示しない動翼に噴射され、タービン軸１０５を回転させる。タービン軸１０５の回転力によって、タービン４に接続される発電機４と空気圧縮機２とを駆動させる。燃焼ガス１１０は、エネルギをタービン４で回収された後に、図示しない排気ディフューザを経て、排気１１１として大気へ排出される。   The combustion gas 110 guided from the combustor 3 is injected into a moving blade (not shown) through a stationary blade (not shown) in the turbine 4 to rotate the turbine shaft 105. The generator 4 connected to the turbine 4 and the air compressor 2 are driven by the rotational force of the turbine shaft 105. After the energy is recovered by the turbine 4, the combustion gas 110 passes through an exhaust diffuser (not shown) and is discharged to the atmosphere as exhaust 111.

発電機４は負荷検出器５０を備えている。この負荷検出器５０は、ガスタービン運転中の負荷を監視する。負荷検出器５０が計測したガスタービンの負荷の信号４００は、後述する制御装置５００に入力される。   The generator 4 includes a load detector 50. This load detector 50 monitors the load during operation of the gas turbine. A gas turbine load signal 400 measured by the load detector 50 is input to a control device 500 described later.

燃焼器３は、略円筒構造に形成されていて、その側面を形成する燃焼器外筒１０と、燃焼器外筒１０の端部に設けた燃焼器エンドカバー１３と、燃焼器エンドカバー１３の内部側に設けたバーナ８と、燃焼器外筒１０の内周面とその外周面とで環状の空間を形成する主室ライナ１２と、ガス燃料２００または液体燃料２１０と圧縮空気１０２とを主室ライナ１２の内部で燃焼させる燃焼室５を備えている。   The combustor 3 is formed in a substantially cylindrical structure, and includes a combustor outer cylinder 10 forming a side surface thereof, a combustor end cover 13 provided at an end of the combustor outer cylinder 10, and a combustor end cover 13. A burner 8 provided on the inner side, a main chamber liner 12 that forms an annular space with an inner peripheral surface of the combustor outer cylinder 10 and an outer peripheral surface thereof, gas fuel 200 or liquid fuel 210, and compressed air 102 are mainly used. A combustion chamber 5 for burning inside the chamber liner 12 is provided.

バーナ８は、燃焼器エンドカバー１３の内側に配置されていて、燃焼器３の軸中心に位置する油ノズル４０と、燃焼室５に燃焼空気１０２ａを導くための複数の空気孔２１を設けた空気孔プレート２０と、油ノズル４０の外周側であって、空気孔プレート２０の上流側に配置されて、ガス燃料２００を空気孔２１内に向けて噴射する複数個の燃料ノズル２２とを備えている。   The burner 8 is disposed inside the combustor end cover 13, and is provided with an oil nozzle 40 located at the axial center of the combustor 3 and a plurality of air holes 21 for guiding the combustion air 102 a to the combustion chamber 5. An air hole plate 20 and a plurality of fuel nozzles 22 arranged on the outer peripheral side of the oil nozzle 40 and upstream of the air hole plate 20 and injecting the gas fuel 200 into the air hole 21 are provided. ing.

空気孔プレート２０に複数個設けられた各空気孔２１と複数個設けられた各燃料ノズル２２とは１個ずつ対応させて略同軸上にそれぞれ配置されている。複数の空気孔２１は燃焼器３の軸を中心とする複数の同心円上に配置されていて、本実施の形態においては、２列の空気孔群を備えている。   A plurality of air holes 21 provided in the air hole plate 20 and a plurality of fuel nozzles 22 provided in the air hole plate 20 are arranged substantially coaxially in correspondence with each other. The plurality of air holes 21 are arranged on a plurality of concentric circles centering on the axis of the combustor 3, and in the present embodiment, two air hole groups are provided.

空気圧縮機２から燃焼器３に供給される圧縮空気１０２のうち燃焼に用いられる燃焼用空気１０２ａは、燃焼器外筒１０の内周面と主室ライナ１２の外周面とで形成される環状の空間を通り、燃焼器エンドカバー１３によってせき止められ、空気孔プレート２０に開口した複数の空気孔２１から燃焼室５に流入するように構成されている。   Combustion air 102 a used for combustion among compressed air 102 supplied from the air compressor 2 to the combustor 3 is an annular shape formed by the inner peripheral surface of the combustor outer cylinder 10 and the outer peripheral surface of the main chamber liner 12. , Is dammed by the combustor end cover 13 and flows into the combustion chamber 5 through a plurality of air holes 21 opened in the air hole plate 20.

また、圧縮空気１０２の一部は主室ライナ１２の壁面に設けた冷却孔から燃焼室５に流入し、主室ライナ１２を冷却する冷却空気１０３となる。   A part of the compressed air 102 flows into the combustion chamber 5 from a cooling hole provided in the wall surface of the main chamber liner 12 and becomes cooling air 103 for cooling the main chamber liner 12.

バーナ８に設けた複数の燃料ノズル２２は、燃焼器エンドカバー１３の外部から供給されるガス燃料２００を分配する燃料分配器２３と連結していて、複数の燃料ノズル２２から噴出したガス燃料２００は、空気孔プレート２０に設けた複数の空気孔２１によって、燃焼用空気１０２ａと混合しながら混合流となって燃焼室５へ供給され、燃焼室５で燃焼する。   The plurality of fuel nozzles 22 provided in the burner 8 are connected to a fuel distributor 23 that distributes the gas fuel 200 supplied from the outside of the combustor end cover 13, and the gas fuel 200 ejected from the plurality of fuel nozzles 22. Is supplied to the combustion chamber 5 as a mixed flow while being mixed with the combustion air 102 a by the plurality of air holes 21 provided in the air hole plate 20, and burns in the combustion chamber 5.

本実施の形態における燃焼器３は、ガス燃料２００として、コークス炉ガス、製油所オフガス、石炭ガス化ガスなどの水素含有燃料や、天然ガスをはじめとするすべてのガス燃料を使用することができる。   The combustor 3 in the present embodiment can use, as the gas fuel 200, hydrogen-containing fuels such as coke oven gas, refinery off-gas, coal gasification gas, and all gas fuels including natural gas. .

水素含有燃料を燃料ガス２００として使用する場合、着火失敗すると爆発のリスクが生じる。このため、着火時から所定負荷までは、起動用燃料として、軽由、灯油、Ａ重油などの油燃料、もしくは天然ガスやプロパンなどのガス燃料を用いるのが一般的である。本実施の形態においては、水素含有燃料を燃料ガス２００として供給するまでは、起動用燃料として油燃料を燃焼器３の軸心に設置した油ノズル４０に供給して燃焼器３を起動する。   When hydrogen-containing fuel is used as the fuel gas 200, there is a risk of explosion if ignition fails. For this reason, it is common to use light fuel such as light, kerosene, A heavy oil, or gas fuel such as natural gas or propane as the starting fuel from the time of ignition to a predetermined load. In the present embodiment, until the hydrogen-containing fuel is supplied as the fuel gas 200, oil fuel is supplied as the starting fuel to the oil nozzle 40 installed at the axis of the combustor 3 to start the combustor 3.

起動用燃料の系統は、起動用燃料供給源２１０から油ノズル４０へ起動用燃料２１０ａを供給する起動用燃料供給配管７０と、起動用燃料供給配管７０に設けた燃料遮断弁６５と流量調整弁６６とを備えている。起動用燃料供給源２１０からの油燃料は、起動用燃料供給配管７０と燃料遮断弁６５と流量調整弁６６とを介して起動用油燃料２１０ａとして燃焼器エンドカバー１３の取り合い口に導かれ、燃焼器エンドカバー１３の内部の流路を通過し、油ノズル４０を通って燃焼室５に噴出される。   The startup fuel system includes a startup fuel supply pipe 70 that supplies startup fuel 210a from the startup fuel supply source 210 to the oil nozzle 40, a fuel shut-off valve 65 provided in the startup fuel supply pipe 70, and a flow rate adjustment valve. 66. The oil fuel from the starting fuel supply source 210 is led to the joint of the combustor end cover 13 as the starting oil fuel 210a through the starting fuel supply pipe 70, the fuel cutoff valve 65, and the flow rate adjusting valve 66, It passes through the flow path inside the combustor end cover 13 and is ejected to the combustion chamber 5 through the oil nozzle 40.

ガス燃料の系統は、ガス燃料供給源２００から燃料分配器２３へガス燃料２００ａを供給するガス供給配管７１と、ガス供給配管７１に設けたガス燃料遮断弁６０とガス流量調節弁６１とを備えている。ガス燃料供給源２００からの水素含有燃料（ガス燃料）２００ｂは、ガス供給配管７１とガス遮断弁６０とガス流量調節弁６１とを介してガス燃料２００ａとして燃焼器エンドカバー１３の取り合い口に導かれ、燃焼器エンドカバー１３の内部の流路を通過し、燃料分配器２３から複数の燃料ノズル２２を通って燃焼室５に噴出される。   The gas fuel system includes a gas supply pipe 71 that supplies the gas fuel 200 a from the gas fuel supply source 200 to the fuel distributor 23, a gas fuel cutoff valve 60 and a gas flow rate adjustment valve 61 provided in the gas supply pipe 71. ing. The hydrogen-containing fuel (gas fuel) 200b from the gas fuel supply source 200 is led to the joint of the combustor end cover 13 as the gas fuel 200a through the gas supply pipe 71, the gas cutoff valve 60, and the gas flow rate control valve 61. Then, it passes through the flow path inside the combustor end cover 13, and is ejected from the fuel distributor 23 through the plurality of fuel nozzles 22 to the combustion chamber 5.

ガス燃料の系統において、ガス燃料供給源２００とガス遮断弁６０とを接続するガス供給配管７１の部位には、ガス燃料２００ｂの発熱量を計測する熱量計６００が設けられている。また、ガス流量調節弁６１と燃焼器エンドカバー１３の取り合い口とを接続するガス供給配管７１の部位には、ガス燃料２００ａの温度を計測する温度計６０２が設けられている。熱量計６００が計測したガス燃料２００ｂの発熱量の信号４０１と、温度計６０２が計測したガス燃料２００ａの温度の信号４０２は、制御装置５００に入力される。   In the gas fuel system, a calorimeter 600 for measuring the calorific value of the gas fuel 200 b is provided at a portion of the gas supply pipe 71 that connects the gas fuel supply source 200 and the gas cutoff valve 60. Further, a thermometer 602 for measuring the temperature of the gas fuel 200a is provided at a portion of the gas supply pipe 71 that connects the gas flow rate adjusting valve 61 and the connection port of the combustor end cover 13. The calorific value signal 401 of the gas fuel 200 b measured by the calorimeter 600 and the temperature signal 402 of the gas fuel 200 a measured by the thermometer 602 are input to the control device 500.

制御装置５００は、上述した信号４００と４０１と４０２とを取り込み、これらの信号を基に後述する演算を実行し、流量調節弁６６とガス流量調節弁６１との開度を制御することで、ガス燃料２００ａと起動用油燃料２１０ａの各流量を調節制御する。   The control device 500 takes in the signals 400, 401, and 402 described above, executes a calculation described later based on these signals, and controls the opening degrees of the flow rate control valve 66 and the gas flow rate control valve 61. The flow rates of the gas fuel 200a and the starting oil fuel 210a are adjusted and controlled.

次に、ガスタービンの起動時の燃料流量について図２を用いて説明する。図２は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態におけるガスタービン回転数及び負荷に対する起動用燃料２１０ａとガス燃料２００ａの流量変化を示す特性図である。図２において、ガスタービンは、起動用燃料２１０による運転から開始し、所定の負荷条件において、起動用燃料２１０ａからガス燃料２００ａへ燃料切り替えを行う。ここで、ガスタービンの起動過程は、図２に示す（ａ）〜（ｅ）の５つのステップを経ることで、着火から定格負荷運転状態にまで達する。図中の（ａ）〜（ｅ）の状態を下記する。   Next, the fuel flow rate when starting the gas turbine will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a characteristic diagram showing changes in the flow rates of the starting fuel 210a and the gas fuel 200a with respect to the gas turbine rotational speed and load in the first embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention. In FIG. 2, the gas turbine starts from operation with the startup fuel 210 and switches the fuel from the startup fuel 210a to the gas fuel 200a under a predetermined load condition. Here, the starting process of the gas turbine reaches from the ignition to the rated load operation state through the five steps (a) to (e) shown in FIG. The states (a) to (e) in the figure are described below.

（ａ）起動用燃料による着火
（ｂ）無負荷定格回転数（Full Speed No Load：ＦＳＮＬ）
（ｃ）燃料切り替え開始（部分負荷条件）
（ｄ）燃料切り替え完了
（ｅ）定格負荷
まず、ガスタービンは、例えば起動用モータ等により回転開始されて、着火速度まで、昇速される。この着火速度において、起動用燃料２１０ａが供給されて着火する（状態（ａ））。この後、起動用燃料２１０ａを増加させることで、タービン回転数を増加させて無負荷定格回転数（ＦＳＮＬ）まで到達させる（状態（ｂ））。この後、発電機６を電力系統に並列させるとともに、起動用燃料２１０を増加させることで、タービン負荷を所定の部分負荷まで到達させる。ここで、ガスタービンは起動用燃料焚きからガス燃料焚きへの燃料切り替えが可能となる（状態（ｃ））。燃料切り替え中（（ｃ）〜（ｄ））は、燃焼安定性確保のため、起動用燃料２１０ａを徐々に減らし、ガス燃料２００ａを増加させて燃料を切り替える（状態（ｄ））。燃料の切り替え完了後、ガス燃料２００ａをさらに増加させることで、タービン負荷を定格負荷まで到達させる（状態（ｅ））。 (A) Ignition with starting fuel
(B) No-load rated speed (Full Speed No Load: FSNL)
(C) Fuel switching start (partial load condition)
(D) Fuel change completed
(E) Rated load First, the gas turbine is started to rotate, for example, by a starter motor or the like, and is increased to the ignition speed. At this ignition speed, the starting fuel 210a is supplied and ignited (state (a)). Thereafter, the startup fuel 210a is increased to increase the turbine speed to reach the no-load rated speed (FSNL) (state (b)). Thereafter, the generator 6 is arranged in parallel with the power system, and the starting fuel 210 is increased, so that the turbine load reaches a predetermined partial load. Here, the gas turbine can switch the fuel from the start fueling to the gas fueling (state (c)). During fuel switching ((c) to (d)), in order to ensure combustion stability, the starting fuel 210a is gradually decreased and the gas fuel 200a is increased to switch the fuel (state (d)). After completion of the fuel switching, the gas load 200a is further increased to reach the turbine load to the rated load (state (e)).

ここで、状態（ａ）〜状態（ｃ）が起動用燃料２１０ａの専焼状態であり、状態（ｃ）〜状態（ｄ）が起動用燃料２１０ａとガス燃料２００ａとの混焼状態である。また、状態（ｄ）〜状態（ｅ）がガス燃料２００ａの専焼状態である。状態（ｃ）〜状態（ｄ）の燃料切り替え中にガス燃料２００ａの組成が幅広く変化すると、燃焼安定性が低下することが懸念される。本実施の形態においては、このような燃料切り替え中のガス燃料の組成変化に対応できる制御装置５００を備えたガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。   Here, the states (a) to (c) are the exclusive combustion state of the startup fuel 210a, and the states (c) to (d) are the mixed combustion state of the startup fuel 210a and the gas fuel 200a. Further, the state (d) to the state (e) are the exclusive combustion state of the gas fuel 200a. When the composition of the gas fuel 200a changes widely during the fuel switching from the state (c) to the state (d), there is a concern that the combustion stability is lowered. An object of the present embodiment is to provide a gas turbine combustor including a control device 500 that can cope with such a change in composition of gas fuel during fuel switching.

次に、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を構成する制御装置について図３乃至図５を用いて説明する。図３は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を構成する制御装置の内容を示すブロック図、図４は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を構成する制御装置の燃料切り替え処理を示す特性図、図５は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態を構成する制御装置の処理内容を示すフローチャート図である。図３乃至図５において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。   Next, the control apparatus constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram showing the contents of the control device constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of the present invention, and FIG. 4 is the first of the gas turbine combustor and the operating method of the present invention. FIG. 5 is a flow chart showing the processing contents of the control device constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and the operating method thereof according to the present invention. FIG. 3 to 5, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.

制御装置５００は、負荷検出器５０が検出したガスタービンの負荷信号４００と、熱量計６００が検出したガス燃料２００ｂの発熱量信号４０１と、温度計６０２が検出したガス燃料２００ａの温度信号４０２とを取込む入力部と、これらの各信号を基に後述する演算処理を実行する演算部と、流量調節弁６６の駆動部とガス流量調節弁６１の駆動部とに演算部で算出した開度指令を例えば電流出力する出力部とを備えている。   The control device 500 includes a gas turbine load signal 400 detected by the load detector 50, a calorific value signal 401 of the gas fuel 200b detected by the calorimeter 600, and a temperature signal 402 of the gas fuel 200a detected by the thermometer 602. The opening calculated by the calculation unit for the input unit for taking in, the calculation unit for performing calculation processing to be described later based on these signals, the drive unit for the flow rate control valve 66 and the drive unit for the gas flow rate control valve 61 An output unit that outputs a command, for example, a current is provided.

演算部においては、図３に示すように、燃料切替え調整制御器５０１と、ガス燃料調節弁制御器５０２と、起動用燃料調節弁制御器５０３とを備えている。   As shown in FIG. 3, the calculation unit includes a fuel switching adjustment controller 501, a gas fuel adjustment valve controller 502, and a starting fuel adjustment valve controller 503.

燃料切替え調整制御器５０１は、ガスタービンの負荷信号Ｍｗ０（４００）、ガス燃料２００ｂの発熱量信号Ｑ０（４０１）、およびガス燃料２００ａの温度信号Ｔ０（４０２）に基づき、燃料切り替えの間における燃焼安定性を確保するように、ガス燃料２００ａの流量の時間変化率、および起動用油燃料２１０ａの流量の時間変化率を演算する。具体的には、ガス燃料２００ｂにおける発熱量の基準値Ｑｓとガス燃料２００ａの温度の基準値Ｔｓとを予め定め、ガス燃料の性状（水素含有組成）がこれらの基準値の所定範囲内にある場合における各燃料の時間変化率を定めておき、検出したガス燃料２００ａの温度信号Ｔ０及びガス燃料２００ｂの発熱量信号Ｑ０と、これらの基準値との偏差に応じて、時間変化率を変更する。 The fuel switching adjustment controller 501 performs fuel switching based on the load signal Mw 0 (400) of the gas turbine, the calorific value signal Q 0 (401) of the gas fuel 200b, and the temperature signal T 0 (402) of the gas fuel 200a. The time change rate of the flow rate of the gas fuel 200a and the time change rate of the flow rate of the starting oil fuel 210a are calculated so as to ensure the combustion stability in the meantime. Specifically, a reference value Qs for the calorific value of the gas fuel 200b and a reference value Ts for the temperature of the gas fuel 200a are determined in advance, and the properties (hydrogen-containing composition) of the gas fuel are within a predetermined range of these reference values. is determined in advance the time rate of change of the fuel in the case, the heating value signal Q 0 of the temperature signals T 0 and the gas fuel 200b of the detected gas fuel 200a, in accordance with the deviation between these standard values, the time rate of change change.

さらに、図４を用いて制御装置５００の燃料切り替え処理の特性の設定について説明する。図４は、図２に示した状態（ｃ）〜状態（ｄ）の燃料切り替え期間におけるガス燃料２００ａと起動用油燃料２１０ａの流量の時間変化を示すもので、縦軸を燃料流量、横軸を時刻としている。ｔｃは状態（ｃ）の時刻をｔｄは状態（ｄ）の時刻を示している。ここで、起動用油燃料２１０ａの流量特性線の（イ）は、基準特性線であって、上述したガス燃料２００ａの性状（水素含有組成）が基準値の所定範囲内にある場合の時間変化率を示している。   Furthermore, the setting of the characteristics of the fuel switching process of the control device 500 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the change over time of the flow rates of the gas fuel 200a and the starting oil fuel 210a during the fuel switching period from the state (c) to the state (d) shown in FIG. Is the time. tc indicates the time of state (c), and td indicates the time of state (d). Here, (a) of the flow characteristic line of the starting oil fuel 210a is a reference characteristic line, and the time change when the property (hydrogen-containing composition) of the gas fuel 200a described above is within the predetermined range of the reference value. Shows the rate.

ガス燃料２００ｂの発熱量Ｑ０が基準値Ｑｓよりも低い、もしくはガス燃料２００ａの温度Ｔ０が基準値Ｔｓよりも低い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その低い分、多くの熱量を供給する必要がある。そこで、その熱量増加分を起動用油燃料２１０ａの流量増加で補う。燃料切替え調整制御器５０１が、発熱量信号Ｑ０（４０１）と温度信号Ｔ０（４０２）とを基に、起動用油燃料２１０ａの流量を増加させた流量特性線（ロ）を演算する。 Calorific value Q 0 of fuel gas 200b is lower than the reference value Qs, or if the temperature T 0 of fuel gas 200a is lower than the reference value Ts, in order to ensure combustion stability in the fuel switching, the low partial It is necessary to supply a lot of heat. Therefore, the increased amount of heat is supplemented by an increase in the flow rate of the starting oil fuel 210a. The fuel switching adjustment controller 501 calculates a flow rate characteristic line (b) in which the flow rate of the starting oil fuel 210a is increased based on the calorific value signal Q 0 (401) and the temperature signal T 0 (402).

一方、ガス燃料２００ｂの発熱量Ｑ０が基準値Ｑｓよりも高い、もしくはガス燃料２００ａの温度Ｔ０が基準値Ｔｓよりも高い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その高い分、熱量を減少させる必要がある。そこで、その熱量減少分を起動用油燃料２１０ａの流量減少で対応する。燃料切替え調整制御器５０１が、発熱量信号Ｑ０（４０１）と温度信号Ｔ０（４０２）とを基に、起動用油燃料２１０ａの流量を減少させた流量特性線（ハ）を演算する。 On the other hand, the calorific value Q 0 of fuel gas 200b is higher than the reference value Qs, or if the temperature T 0 of fuel gas 200a is higher than the reference value Ts, in order to ensure combustion stability in the fuel switching, the It is necessary to reduce the amount of heat by a high amount. Therefore, the amount of heat reduction is dealt with by the flow rate reduction of the starting oil fuel 210a. The fuel switching adjustment controller 501 calculates a flow rate characteristic line (c) in which the flow rate of the starting oil fuel 210a is reduced based on the heat generation amount signal Q 0 (401) and the temperature signal T 0 (402).

図３に戻り、このようにして、算出された各燃料の流量時間変化率信号は、ガス燃料調節弁制御器５０２と起動用燃料調節弁制御器５０３とに出力される。   Returning to FIG. 3, the flow rate change rate signal of each fuel thus calculated is output to the gas fuel control valve controller 502 and the starting fuel control valve controller 503.

ガス燃料調節弁制御器５０２は、燃料切替え調整制御器５０１で演算した燃料流量時間変化率に基づいてガス燃料２００ａの流量が変化するように、ガス流量調節弁６１の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、ガス流量調節弁６１の駆動部に出力される。   The gas fuel control valve controller 502 calculates the opening command of the gas flow control valve 61 so that the flow rate of the gas fuel 200a changes based on the fuel flow time change rate calculated by the fuel switching control controller 501. This opening degree command is converted into a current signal, for example, and output to the drive unit of the gas flow rate adjustment valve 61.

起動用燃料調節弁制御器５０３は、燃料切替え調整制御器５０１で演算した燃料流量時間変化率に基づいて起動用油燃料２１０ａの流量が変化するように、流量調節弁６６の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、流量調節弁６６の駆動部に出力される。   The startup fuel control valve controller 503 calculates the opening command of the flow rate control valve 66 so that the flow rate of the startup oil fuel 210a changes based on the fuel flow rate time change rate calculated by the fuel switching adjustment controller 501. To do. This opening degree command is converted into, for example, a current signal and output to the drive unit of the flow rate adjustment valve 66.

次に、制御装置５００による燃料切り替えの制御の手順について図５を用いて説明する。
まず、制御装置５００は、負荷検出器５０が検出したガスタービンの負荷信号Ｍｗ０（４００）と、熱量計６００が検出したガス燃料２００ｂの発熱量信号Ｑ０（４０１）と、温度計６０２が検出したガス燃料２００ａの温度信号Ｔ０（４０２）とを取込む（ステップＳ１）。 Next, the procedure of control of fuel switching by the control device 500 will be described with reference to FIG.
First, the control device 500 includes a gas turbine load signal Mw 0 (400) detected by the load detector 50, a calorific value signal Q 0 (401) of the gas fuel 200b detected by the calorimeter 600, and a thermometer 602. The detected temperature signal T 0 (402) of the gas fuel 200a is taken in (step S1).

次に、制御装置５００は、ガスタービンの負荷信号Ｍｗ０が、燃料切り替えを開始するために定めた負荷設定値Ｐｓ以上か否かの判断を行う（ステップＳ２）。ガスタービンの負荷信号Ｍｗ０が、負荷設定値Ｐｓ以上の場合は、（ステップＳ３）に進み、それ以外の場合は、（ステップＳ１）へ戻る。 Next, the control device 500 determines whether or not the load signal Mw 0 of the gas turbine is greater than or equal to the load set value Ps determined for starting fuel switching (step S2). If the load signal Mw 0 of the gas turbine is greater than or equal to the load set value Ps, the process proceeds to (Step S3), and otherwise, the process returns to (Step S1).

次に、制御装置５００は、取り込んだガス燃料２００ｂの発熱量Ｑ０（４０１）とガス燃料２００ａの温度信号Ｔ０（４０２）と予め設定された基準値Ｑｓ，Ｔｓとの偏差を算出する（ステップＳ３）。具体的には、燃料切替え調整制御器５０１において、以下の演算を行う。
Ｑ０―Ｑｓ＝α１・・・（１）
Ｔ０−Ｔｓ＝α２・・・（２）
ここで、α１は発熱量偏差、α２は温度偏差とする。 Next, the control device 500 calculates a deviation between the calorific value Q 0 (401) of the captured gas fuel 200b, the temperature signal T 0 (402) of the gas fuel 200a, and preset reference values Qs and Ts ( Step S3). Specifically, the fuel switching adjustment controller 501 performs the following calculation.
Q 0 -Qs = α1 (1)
T 0 -Ts = α2 (2)
Here, α1 is a calorific value deviation and α2 is a temperature deviation.

次に、制御装置５００は、ステップＳ３で算出した各偏差の和の絶対値が所定の値以下か否かを判断する（ステップＳ４）。各偏差の和の絶対値である｜Ｋ１×α１＋Ｋ２×α２｜が、所定の値ｄ以下の場合は、（ステップＳ５）に進み、それ以外の場合は、（ステップＳ６）へ進む。具体的には、燃料切替え調整制御器５０１において、以下の演算を行う。
｜Ｋ１×α１＋Ｋ２×α２｜≦ｄ・・・（３）
ここで、Ｋ１は第１変化率係数、Ｋ２は第２変化率係数であって、起動用燃料２１０ａでガス燃料２００ａにおける熱量の増減を補正する際に、発熱量の偏差と温度の偏差との基準を合わせるためのものである。また、ｄは、ガス燃料２００ａの性状（水素含有組成）が基準値の所定範囲内にあるか否かを判断する定数であって、予め試験等を実施して決められる。 Next, control device 500 determines whether or not the absolute value of the sum of the deviations calculated in step S3 is equal to or smaller than a predetermined value (step S4). If | K1 × α1 + K2 × α2 |, which is the absolute value of the sum of the deviations, is equal to or smaller than a predetermined value d, the process proceeds to (Step S5), and otherwise, the process proceeds to (Step S6). Specifically, the fuel switching adjustment controller 501 performs the following calculation.
| K1 × α1 + K2 × α2 | ≦ d (3)
Here, K1 is a first rate of change coefficient, and K2 is a second rate of change coefficient. When correcting the increase or decrease in the amount of heat in the gas fuel 200a with the starting fuel 210a, It is for adjusting the standard. Further, d is a constant for determining whether or not the property (hydrogen-containing composition) of the gas fuel 200a is within a predetermined range of the reference value, and is determined by conducting a test or the like in advance.

（ステップＳ４）において、各偏差の和の絶対値が所定の値以下と判断された場合、制御装置５００は、燃料切り替えにおける起動用油燃料２１０ａの時間変化率を、予め定めた基準値とする（ステップＳ５）。具体的には、図４における基準特性線である流量特性線（イ）で制御する。   When it is determined in (Step S4) that the absolute value of the sum of the deviations is equal to or less than a predetermined value, control device 500 sets the rate of time change of starting oil fuel 210a during fuel switching to a predetermined reference value. (Step S5). Specifically, the flow rate characteristic line (A), which is the reference characteristic line in FIG.

（ステップＳ４）において、各偏差の和の絶対値が所定の値超過と判断された場合、制御装置５００は、各偏差の和と所定の値との大小を判断する（ステップＳ６）。各偏差の和が所定の値ｄ超過の場合は（ステップＳ７）に進み、それ以外の場合は、（ステップＳ８）へ進む。具体的には、燃料切替え調整制御器５０１において、以下の演算を行う。
Ｋ１×α１＋Ｋ２×α２＞ｄ・・・（４）
（ステップＳ６）において、各偏差の和が所定の値超過と判断された場合、制御装置５００は、燃料切り替えにおける起動用油燃料２１０ａの時間変化率を、予め定めた基準値より起動用油燃料２１０ａが低下する値とする（ステップＳ７）。具体的には、図４における流量特性線（ハ）で制御する。 When it is determined in (Step S4) that the absolute value of the sum of the deviations exceeds the predetermined value, the control device 500 determines the magnitude of the sum of the deviations and the predetermined value (Step S6). If the sum of the deviations exceeds the predetermined value d, the process proceeds to (Step S7). Otherwise, the process proceeds to (Step S8). Specifically, the fuel switching adjustment controller 501 performs the following calculation.
K1 × α1 + K2 × α2> d (4)
When it is determined in (Step S6) that the sum of the deviations exceeds a predetermined value, the control device 500 sets the time change rate of the starting oil fuel 210a in the fuel switching from the predetermined reference value to the starting oil fuel. The value 210a is decreased (step S7). Specifically, the flow rate characteristic line (c) in FIG. 4 is used for control.

（ステップＳ６）において、各偏差の和が所定の値超過ではないと判断された場合、制御装置５００は、燃料切り替えにおける起動用油燃料２１０ａの時間変化率を、予め定めた基準値より起動用油燃料２１０ａが増加する値とする（ステップＳ８）。具体的には、図４における流量特性線（イ）で制御する。   When it is determined in (Step S6) that the sum of the deviations does not exceed the predetermined value, the control device 500 sets the time change rate of the starting oil fuel 210a in the fuel switching from the predetermined reference value. The oil fuel 210a is assumed to increase (step S8). Specifically, the flow rate is controlled by a flow characteristic line (A) in FIG.

（ステップＳ５）または（ステップＳ７）または（ステップＳ８）を実行した後、制御装置５００は、選択された流量特性線に従って起動用燃料流量調節弁６６へ開度指令を出力する（ステップＳ９）。具体的には、起動用燃料調節弁制御器５０３において、選択された流量特性線の時間変化率に基づいて起動用油燃料２１０ａの流量が変化するように、流量調節弁６６の開度指令を算出し、流量調節弁６６の駆動部に指令信号が出力される。   After executing (Step S5) or (Step S7) or (Step S8), the control device 500 outputs an opening degree command to the starting fuel flow rate adjustment valve 66 according to the selected flow rate characteristic line (Step S9). Specifically, in the starting fuel control valve controller 503, an opening degree command for the flow control valve 66 is set so that the flow rate of the starting oil fuel 210a changes based on the time rate of change of the selected flow rate characteristic line. The command signal is output to the drive unit of the flow rate control valve 66.

制御装置５００は、ガス燃料調節弁６１へ開度指令を出力する（ステップＳ１０）。具体的には、ガス燃料調節弁制御器５０２において、燃料切替え調整制御器５０１で演算した燃料流量時間変化率に基づいてガス燃料２００ａの流量が変化するように、ガス流量調節弁６１の開度指令を算出し、ガス流量調節弁６１の駆動部に指令信号が出力される。制御装置５００は（ステップＳ１０）を実行後、リターンする。   The control device 500 outputs an opening degree command to the gas fuel control valve 61 (step S10). Specifically, in the gas fuel control valve controller 502, the opening degree of the gas flow control valve 61 is changed so that the flow rate of the gas fuel 200a changes based on the fuel flow time change rate calculated by the fuel switching adjustment controller 501. A command is calculated, and a command signal is output to the drive unit of the gas flow rate control valve 61. The control device 500 returns after executing (Step S10).

本実施の形態によれば、いわゆる同軸噴流クラスタバーナを備えたガスタービン燃焼器において、起動用油燃料２１０ａから水素含有燃料であるガス燃料２００ａへの燃料切り替えの際、ガス燃料２００ｂの発熱量Ｑ０とガス燃料２００ａの温度Ｔ０とを検出して、ガス燃料２００ａの熱量を演算して時間変化率を設定しているので、燃料切り替え中に、ガス燃料２００ａの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。 According to the present embodiment, in the gas turbine combustor provided with a so-called coaxial jet cluster burner, when the fuel is switched from the starting oil fuel 210a to the gas fuel 200a, which is a hydrogen-containing fuel, the calorific value Q of the gas fuel 200b. 0 and the temperature T 0 of the gas fuel 200a are detected, the amount of heat of the gas fuel 200a is calculated, and the rate of time change is set, so that the composition of the hydrogen-containing fuel of the gas fuel 200a changes during fuel switching. Even so, combustion stability can be ensured and fuel can be switched stably.

上述した本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第１の実施の形態によれば、ガスタービンの燃料を起動用油燃料２１０ａから水素含有燃料であるガス燃料２００ａへの切り替え中に、ガス燃料２００ａの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。   According to the first embodiment of the gas turbine combustor and the operating method of the present invention described above, during the switching of the gas turbine fuel from the starting oil fuel 210a to the gas fuel 200a that is a hydrogen-containing fuel, Even if the composition of the hydrogen-containing fuel of the fuel 200a changes, combustion stability can be ensured and the fuel can be switched stably.

以下、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図６は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を備えたガスタービンプラントの概略構成図である。図６において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。   The second embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a gas turbine plant provided with a second embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 5 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.

本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態において、ガスタービンプラントの構成は、大略第１の実施の形態と同じであるが、燃焼器において、第１の実施の形態のバーナを複数個配置して、いわゆるマルチクラスタバーナを備えた点が異なる。   In the second embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention, the configuration of the gas turbine plant is substantially the same as that of the first embodiment, but in the combustor, the first embodiment. The difference is that a plurality of burners are provided and so-called multi-cluster burners are provided.

図６において、燃焼器エンドカバー１３の内部側には、燃焼器３の軸中心部に位置する１個の中央バーナ３２と、中央バーナ３２の外周部に複数個の外周バーナ３３とを備えている。これらの中央バーナ３２と外周バーナ３３は、燃焼室５に燃焼空気１０２ａを導くための空気孔２１を複数個設けた空気孔プレート２０と、この空気孔プレート２０の上流側に配置されてガス燃料２００ａを空気孔２１内に向けて噴射する複数個の燃料ノズル２２とを備えている。   In FIG. 6, on the inner side of the combustor end cover 13, one central burner 32 located at the axial center portion of the combustor 3 and a plurality of outer peripheral burners 33 on the outer peripheral portion of the central burner 32 are provided. Yes. The central burner 32 and the outer peripheral burner 33 are disposed on the upstream side of the air hole plate 20 provided with a plurality of air holes 21 for guiding the combustion air 102a to the combustion chamber 5 and gas fuel. A plurality of fuel nozzles 22 for injecting 200a into the air holes 21 are provided.

外周バーナ３３において、空気孔プレート２０に複数個設けられた各空気孔２１と複数個設けられた各燃料ノズル２２とは１個ずつ対応させて略同軸上にそれぞれ配置されている。複数の空気孔２１は外周バーナ３３の軸を中心とする複数の同心円上に配置されていて、本実施の形態においては、1列目空気孔群５１と1列目空気孔群５１の外周側に配置した２列目空気孔群５２と、２列目空気孔群５２の外周に配置した３列目空気孔群５３とを備えている。   In the outer peripheral burner 33, a plurality of air holes 21 provided in the air hole plate 20 and a plurality of fuel nozzles 22 provided in the air hole plate 20 are respectively arranged substantially coaxially. The plurality of air holes 21 are arranged on a plurality of concentric circles centered on the axis of the outer peripheral burner 33, and in the present embodiment, the outer circumferential side of the first row air hole group 51 and the first row air hole group 51. The second row air hole group 52 arranged in the second row and the third row air hole group 53 arranged on the outer periphery of the second row air hole group 52 are provided.

複数の燃料ノズル２２は、燃焼器エンドカバー１３の外部から供給されるガス燃料２００ａ（２０２，２０３）を分配する燃料分配器２３と連結していて、複数の燃料ノズル２２から噴出したガス燃料２００ａ（２０２，２０３）は、空気孔プレート２０に設けた複数の空気孔２１によって、燃焼用空気１０２ａと混合しながら混合流となって燃焼室５へ供給され、燃焼室５で燃焼する。   The plurality of fuel nozzles 22 are connected to a fuel distributor 23 that distributes the gas fuel 200a (202, 203) supplied from the outside of the combustor end cover 13, and the gas fuel 200a ejected from the plurality of fuel nozzles 22 is provided. (202, 203) is supplied to the combustion chamber 5 as a mixed flow while being mixed with the combustion air 102 a through the plurality of air holes 21 provided in the air hole plate 20, and burns in the combustion chamber 5.

中央バーナ３２は、燃焼器３の軸中心に位置する油ノズル４０と、油ノズル４０の外周側であって、空気孔プレート２０の上流側に配置されて、ガス燃料２００ａ（２０１）を空気孔２１内に向けて噴射する複数個の燃料ノズル２２とを備えている。   The central burner 32 is disposed on the oil nozzle 40 located at the axial center of the combustor 3 and on the outer peripheral side of the oil nozzle 40 and on the upstream side of the air hole plate 20, and the gas fuel 200a (201) is removed from the air hole. And a plurality of fuel nozzles 22 that inject the fuel toward the inside.

中央バーナ３２において、空気孔プレート２０に複数個設けられた各空気孔２１の上流側と複数個設けられた各燃料ノズル２２とは１個ずつ対応させてそれぞれ配置されている。また、空気孔プレート２０の燃焼室側表面３０１が、その中心軸に向けて凹状に傾斜した傾斜面を備えている。このため、各空気孔２１の下流側は、燃焼器３の軸中心に向かうように形成されている。   In the central burner 32, the upstream side of each air hole 21 provided in a plurality in the air hole plate 20 and the plurality of fuel nozzles 22 provided in a plurality are arranged in correspondence with each other. Further, the combustion chamber side surface 301 of the air hole plate 20 is provided with an inclined surface that is inclined concavely toward its central axis. For this reason, the downstream side of each air hole 21 is formed so as to be directed to the axial center of the combustor 3.

次に、燃焼器３の中央バーナ３２と外周バーナ３３とにガス燃料２００ａを供給する燃料系統について説明する。
起動用燃料の系統は、起動用燃料供給源２１０から油ノズル４０へ起動用燃料２１０ａを供給する起動用燃料供給配管７０と、起動用燃料供給配管７０に設けた燃料遮断弁６５と流量調整弁６６とを備えている。起動用燃料供給源２１０からの油燃料は、起動用燃料供給配管７０と燃料遮断弁６５と流量調整弁６６とを介して起動用油燃料２１０ａとして燃焼器エンドカバー１３の取り合い口に導かれ、燃焼器エンドカバー１３の内部の流路を通過し、油ノズル４０を通って燃焼室５に噴出される。 Next, a fuel system for supplying the gas fuel 200a to the central burner 32 and the outer peripheral burner 33 of the combustor 3 will be described.
The startup fuel system includes a startup fuel supply pipe 70 that supplies startup fuel 210a from the startup fuel supply source 210 to the oil nozzle 40, a fuel shut-off valve 65 provided in the startup fuel supply pipe 70, and a flow rate adjustment valve. 66. The oil fuel from the starting fuel supply source 210 is led to the joint of the combustor end cover 13 as the starting oil fuel 210a through the starting fuel supply pipe 70, the fuel cutoff valve 65, and the flow rate adjusting valve 66, It passes through the flow path inside the combustor end cover 13 and is ejected to the combustion chamber 5 through the oil nozzle 40.

ガス燃料の系統は、ガス燃料供給源２００とガス遮断弁６０とを接続するガス供給配管７１ａと、ガス遮断弁６０の下流で３つの燃料系統に分岐し、中央バーナ３２の燃料分配器２３へＦ１ガス燃料２０１を供給するガス供給配管７２と、中央バーナの外周側に複数個設置した外周バーナ３３の燃料分配器２３へＦ２，Ｆ３ガス燃料２０２，２０３を供給するガス供給配管７３，７４と、ガス供給配管７２に設けたＦ１ガス流量調節弁６１ａと、ガス供給配管７３に設けたＦ２ガス流量調節弁６２と、ガス供給配管７４に設けたＦ３ガス流量調節弁６３とを備えている。なお、説明の便宜上、ガスＦ１ガス燃料２０１とＦ２ガス燃料２０２とＦ３ガス燃料の合計をガス燃料２００ａとする。   The gas fuel system branches into three fuel systems downstream of the gas shut-off valve 60 and a gas supply pipe 71a connecting the gas fuel supply source 200 and the gas shut-off valve 60 to the fuel distributor 23 of the central burner 32. A gas supply pipe 72 for supplying F1 gas fuel 201, and gas supply pipes 73 and 74 for supplying F2 and F3 gas fuels 202 and 203 to the fuel distributor 23 of the outer peripheral burner 33 installed on the outer peripheral side of the central burner, And an F1 gas flow rate adjustment valve 61 a provided in the gas supply pipe 72, an F2 gas flow rate adjustment valve 62 provided in the gas supply pipe 73, and an F3 gas flow rate adjustment valve 63 provided in the gas supply pipe 74. For convenience of explanation, the total of the gas F1 gas fuel 201, the F2 gas fuel 202, and the F3 gas fuel is referred to as a gas fuel 200a.

ガス燃料の系統において、ガス燃料供給源２００とガス遮断弁６０とを接続するガス供給配管７１ａには、ガス燃料２００ｂの発熱量を計測する熱量計６００が設けられている。また、Ｆ１ガス流量調節弁６１ａと燃焼器エンドカバー１３の取り合い口とを接続する燃料配管７２には、Ｆ１ガス燃料２０１の温度を計測する温度計６０１が設けられている。   In the gas fuel system, a calorimeter 600 for measuring the calorific value of the gas fuel 200b is provided in a gas supply pipe 71a that connects the gas fuel supply source 200 and the gas cutoff valve 60. In addition, a thermometer 601 for measuring the temperature of the F1 gas fuel 201 is provided in the fuel pipe 72 that connects the F1 gas flow rate adjustment valve 61a and the connection port of the combustor end cover 13.

同様に、Ｆ２ガス流量調節弁６２と燃焼器エンドカバー１３の取り合い口とを接続する燃料配管７３とＦ３ガス流量調節弁６３と燃焼器エンドカバー１３の取り合い口とを接続する燃料配管７４とには、Ｆ２ガス燃料２０２の温度を計測する温度計６０２とＦ３ガス燃料２０３の温度を計測する温度計６０３とがそれぞれ設けられている
熱量計６００が計測したガス燃料２００ｂの発熱量の信号４０１と、温度計６０１〜６０３が計測したＦ１〜Ｆ３ガス燃料２０１〜２０３の温度の信号４０２〜４０４は、制御装置５００に入力される。 Similarly, a fuel pipe 73 that connects the F2 gas flow rate adjustment valve 62 and the connection port of the combustor end cover 13, and a fuel pipe 74 that connects the F3 gas flow rate adjustment valve 63 and the connection port of the combustor end cover 13. Are provided with a thermometer 602 for measuring the temperature of the F2 gas fuel 202 and a thermometer 603 for measuring the temperature of the F3 gas fuel 203, respectively, and a calorific value signal 401 of the gas fuel 200b measured by the calorimeter 600, and The temperature signals 402 to 404 of the F1 to F3 gas fuels 201 to 203 measured by the thermometers 601 to 603 are input to the control device 500.

本実施の形態のようなマルチクラスタバーナと複数の燃料系統を備えた燃焼器においては、これらバーナと燃料系統によって、燃焼器３の燃焼部分を複数に分割し、運転負荷に応じて燃焼部分を増減する。具体的には、起動時には、１つの燃料系統を使用して１部のバーナで燃料を燃焼させ、その後、燃料流量の増加に伴い、使用燃料系統を増やすと共に、未着火バーナに順次点火することで、燃焼部分を増加させる方法（燃焼切替え）が実行されている。   In a combustor having a multi-cluster burner and a plurality of fuel systems as in the present embodiment, the combustion part of the combustor 3 is divided into a plurality of parts by these burners and the fuel system, and the combustion part is divided according to the operating load. Increase or decrease. Specifically, at the time of start-up, one fuel system is used to burn the fuel with a part of the burner, and thereafter, as the fuel flow rate increases, the fuel system used is increased and the unignited burner is ignited sequentially. Thus, a method of increasing the combustion portion (combustion switching) is executed.

制御装置５００は、上述した信号４００〜４０４を取り込み、これらの信号を基に後述する演算を実行し、流量調節弁６６とＦ１〜Ｆ３ガス流量調節弁６１ａ，６２，６３との開度を制御することで、Ｆ１〜Ｆ３ガス燃料２０１〜２０３と起動用油燃料２１０ａの各流量を調節制御する。   The control device 500 takes in the above-described signals 400 to 404 and executes a calculation described later based on these signals to control the opening degrees of the flow rate control valve 66 and the F1 to F3 gas flow rate control valves 61a, 62, 63. As a result, the flow rates of the F1 to F3 gas fuels 201 to 203 and the starting oil fuel 210a are adjusted and controlled.

次に、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を構成する制御装置について図７及び図８を用いて説明する。図７は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を構成する制御装置の内容を示すブロック図、図８は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態を構成する制御装置の燃料切り替え処理を示す特性図である。図７及び図８において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。   Next, the control apparatus which comprises 2nd Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention is demonstrated using FIG.7 and FIG.8. FIG. 7 is a block diagram showing the contents of a control device constituting the second embodiment of the gas turbine combustor and the operating method thereof according to the present invention, and FIG. 8 is the second diagram of the gas turbine combustor and the operating method thereof according to the present invention. It is a characteristic view which shows the fuel switching process of the control apparatus which comprises this embodiment. 7 and 8, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 6 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.

制御装置５００は、負荷検出器５０が検出したガスタービンの負荷信号４００と、熱量計６００が検出したガス燃料２００ｂの発熱量信号４０１と、温度計６０１が検出したＦ１ガス燃料２０１の温度信号４０２と、温度計６０２が検出したＦ２ガス燃料２０２の温度信号４０３と、温度計６０３が検出したＦ３ガス燃料２０３の温度信号４０４とを取込む入力部と、これらの各信号を基に後述する演算処理を実行する演算部と、流量調節弁６６の駆動部とＦ１〜Ｆ３ガス流量調節弁６１ａ，６２，６３の駆動部とに演算部で算出した開度指令を例えば電流出力する出力部とを備えている。   The control device 500 includes a gas turbine load signal 400 detected by the load detector 50, a calorific value signal 401 of the gas fuel 200b detected by the calorimeter 600, and a temperature signal 402 of the F1 gas fuel 201 detected by the thermometer 601. And an input unit that takes in the temperature signal 403 of the F2 gas fuel 202 detected by the thermometer 602 and the temperature signal 404 of the F3 gas fuel 203 detected by the thermometer 603, and an operation to be described later based on these signals An arithmetic unit that executes processing, and an output unit that outputs, for example, an opening command calculated by the arithmetic unit to the driving unit of the flow rate control valve 66 and the driving units of the F1 to F3 gas flow rate control valves 61a, 62, and 63. I have.

演算部においては、図７に示すように、燃料切替え調整制御器５０１ａと、Ｆ１ガス燃料調節弁制御器５０２ａと、Ｆ２ガス燃料調節弁制御器５０３ａと、Ｆ３ガス燃料調節弁制御器５０４ａと、起動用燃料調節弁制御器５０５ａとを備えている。   In the calculation unit, as shown in FIG. 7, a fuel switching adjustment controller 501a, an F1 gas fuel adjustment valve controller 502a, an F2 gas fuel adjustment valve controller 503a, an F3 gas fuel adjustment valve controller 504a, And a starting fuel control valve controller 505a.

燃料切替え調整制御器５０１ａは、ガスタービンの負荷信号Ｍｗ０（４００）、ガス燃料２００ｂの発熱量信号Ｑ０（４０１）、Ｆ１ガス燃料２０１の温度信号Ｔ１０（４０２）、Ｆ２ガス燃料２０２の温度信号Ｔ２０（４０３）およびＦ３ガス燃料２０３の温度信号Ｔ３０（４０４）に基づき、燃料切り替えの間における燃焼安定性を確保するように、Ｆ１〜Ｆ３ガス燃料２０１〜２０３の流量の時間変化率、および起動用油燃料２１０ａの流量の時間変化率を演算する。具体的には、ガス燃料２００ｂにおける発熱量の基準値ＱｓとＦ１〜Ｆ３ガス燃料２０１〜２０３の温度の基準値Ｔｓとを予め定め、ガス燃料２００ａの性状（水素含有組成）がこれらの基準値の所定範囲内にある場合における各燃料の時間変化率を定めておき、検出したＦ１〜Ｆ３ガス燃料２０１〜２０３の温度信号Ｔ１０〜Ｔ３０及びガス燃料２００ｂの発熱量信号Ｑ０と、これらの基準値との偏差に応じて、時間変化率を変更する。 The fuel switching adjustment controller 501a includes a gas turbine load signal Mw 0 (400), a calorific value signal Q 0 (401) of the gas fuel 200b, a temperature signal T1 0 (402) of the F1 gas fuel 201, and an F2 gas fuel 202. Based on the temperature signal T2 0 (403) and the temperature signal T3 0 (404) of the F3 gas fuel 203, the time change of the flow rates of the F1 to F3 gas fuels 201 to 203 so as to ensure the combustion stability during fuel switching. The rate and the time change rate of the flow rate of the starting oil fuel 210a are calculated. Specifically, the reference value Qs of the calorific value in the gas fuel 200b and the reference value Ts of the temperature of the F1 to F3 gas fuels 201 to 203 are determined in advance, and the property (hydrogen-containing composition) of the gas fuel 200a is the reference value. is determined in advance the time rate of change of the fuel in the case where there in within a predetermined range, the heating value signal Q 0 of the temperature signal T1 0 to T3 0 and gaseous fuel 200b of the detected F1~F3 gas fuel 201 to 203, these The rate of time change is changed according to the deviation from the reference value.

さらに、図８を用いて制御装置５００の燃料切り替え処理の特性の設定について説明する。図８は、図２に示した状態（ｃ）〜状態（ｄ）の燃料切り替え期間におけるガス燃料２００ａと起動用油燃料２１０ａの流量の時間変化を示すもので、縦軸を燃料流量、横軸を時刻としている。ｔｃは状態（ｃ）の時刻をｔｄは状態（ｄ）の時刻を示している。ここで、起動用油燃料２１０ａの流量特性線の（イ）は、基準特性線であって、上述したガス燃料の性状（水素含有組成）が基準値の所定範囲内にある場合の時間変化率を示している。   Furthermore, the setting of the characteristics of the fuel switching process of the control device 500 will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows temporal changes in the flow rates of the gas fuel 200a and the starting oil fuel 210a during the fuel switching period from the state (c) to the state (d) shown in FIG. Is the time. tc indicates the time of state (c), and td indicates the time of state (d). Here, (a) of the flow characteristic line of the starting oil fuel 210a is a reference characteristic line, and the rate of change over time when the above-described property (hydrogen-containing composition) of the gas fuel is within a predetermined range of the reference value. Is shown.

上述したように、本実施の形態においては、燃料切り替え中にガス燃料２００ａの流量が増加するが、このガス燃料２００ａの流量の増加に伴い、使用燃料系統を増やすと共に、未着火バーナに順次点火して燃焼部分を増加させる方法（燃焼切替え）も同時に実施されている。具体的には、時刻ｔｃから時刻ｔｃ１の間は、中央バーナ３２にのみＦ１ガス燃料２０１が定められた時間変化率で漸増供給される。ガス燃料２００ａの流量が第１燃焼切り替え設定燃料流量に到達すると（時刻ｔｃ１）、Ｆ２ガス燃料２０２が供給される外周バーナ３３が点火され、ガス燃料２００ａの流量をＦ１ガス燃料２０１とＦ２ガス燃料２０２とに分配する。   As described above, in the present embodiment, the flow rate of the gas fuel 200a increases during fuel switching. As the flow rate of the gas fuel 200a increases, the number of fuel systems used increases and the unignited burner is ignited sequentially. Thus, a method of increasing the combustion portion (combustion switching) is also performed at the same time. Specifically, during the period from time tc to time tc1, only the central burner 32 is supplied with the F1 gas fuel 201 gradually increased at a predetermined time change rate. When the flow rate of the gas fuel 200a reaches the first combustion switching set fuel flow rate (time tc1), the outer peripheral burner 33 to which the F2 gas fuel 202 is supplied is ignited, and the flow rates of the gas fuel 200a are changed to the F1 gas fuel 201 and the F2 gas fuel. 202.

時刻ｔｃ１から時刻ｔｃ２の間は、Ｆ１ガス燃料２０１とＦ２ガス燃料２０２とが、定められた時間変化率で漸増供給される。ガス燃料２００ａの流量が第２燃焼切り替え設定燃料流量に到達すると（時刻ｔｃ２）、Ｆ３ガス燃料２０３が供給される外周バーナ３３が点火され、ガス燃料２００ａの流量をＦ１ガス燃料２０１とＦ２ガス燃料２０２とＦ３ガス燃料とに分配する。時刻ｔｃ２から時刻ｔｄの間は、Ｆ１ガス燃料２０１とＦ２ガス燃料２０２とＦ３ガス燃料２０３とが、定められた時間変化率で漸増供給される。   Between the time tc1 and the time tc2, the F1 gas fuel 201 and the F2 gas fuel 202 are gradually increased at a predetermined rate of time change. When the flow rate of the gas fuel 200a reaches the second combustion switching setting fuel flow rate (time tc2), the outer peripheral burner 33 to which the F3 gas fuel 203 is supplied is ignited, and the flow rates of the gas fuel 200a are changed to the F1 gas fuel 201 and the F2 gas fuel. Distribute to 202 and F3 gas fuel. Between the time tc2 and the time td, the F1 gas fuel 201, the F2 gas fuel 202, and the F3 gas fuel 203 are gradually increased and supplied at a predetermined time change rate.

ガス燃料２００ｂの発熱量Ｑ０が基準値Ｑｓよりも低い、もしくはＦ１ガス燃料２０１からＦ３ガス燃料２０３の温度Ｔ１０〜Ｔ３０が基準値Ｔｓよりも低い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その低い分、多くの熱量を供給する必要がある。そこで、その熱量増加分を起動用油燃料２１０ａの流量増加で補う。燃料切替え調整制御器５０１が、発熱量信号Ｑ０（４０１）と温度信号Ｔ１０〜Ｔ３０（４０２〜４０４）とを基に、起動用油燃料２１０ａの流量を増加させた流量特性線（ロ）を演算する。 Calorific value Q 0 of fuel gas 200b is lower than the reference value Qs, or if the temperature T1 0 to T3 0 from F1 gas fuel 201 F3 gas fuel 203 is lower than the reference value Ts, the combustion stability in the fuel switching In order to ensure, it is necessary to supply a large amount of heat for the low amount. Therefore, the increased amount of heat is supplemented by an increase in the flow rate of the starting oil fuel 210a. The fuel switching adjustment controller 501 increases the flow rate of the starting oil fuel 210a based on the calorific value signal Q 0 (401) and the temperature signals T1 0 to T3 0 (402 to 404). ) Is calculated.

一方、ガス燃料２００ｂの発熱量Ｑ０が基準値Ｑｓよりも高い、もしくはＦ１ガス燃料２０１からＦ３ガス燃料２０３の温度Ｔ１０〜Ｔ３０が基準値Ｔｓよりも高い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その高い分、熱量を減少させる必要がある。そこで、その熱量減少分を起動用油燃料２１０ａの流量減少で対応する。燃料切替え調整制御器５０１が、発熱量信号Ｑ０（４０１）と温度信号Ｔ１０〜Ｔ３０（４０２〜４０４）とを基に、起動用油燃料２１０ａの流量を減少させた流量特性線（ハ）を演算する。 On the other hand, higher than the reference value Qs calorific value Q 0 of fuel gas 200b, or if the temperature T1 0 to T3 0 from F1 gas fuel 201 F3 gas fuel 203 is higher than the reference value Ts, combustion stability in the fuel switching In order to ensure the property, it is necessary to reduce the amount of heat by the high amount. Therefore, the amount of heat reduction is dealt with by the flow rate reduction of the starting oil fuel 210a. The fuel switching adjustment controller 501 reduces the flow rate of the starting oil fuel 210a based on the calorific value signal Q 0 (401) and the temperature signals T1 0 to T3 0 (402 to 404). ) Is calculated.

図７に戻り、このようにして、算出された各燃料の流量時間変化率信号は、Ｆ１ガス燃料調節弁制御器５０２ａとＦ２ガス燃料調節弁制御器５０３ａとＦ３ガス燃料調節弁制御器５０４ａと起動用燃料調節弁制御器５０５ａとに出力される。   Returning to FIG. 7, the flow rate change rate signals of the respective fuels calculated in this way are the F1 gas fuel control valve controller 502a, the F2 gas fuel control valve controller 503a, and the F3 gas fuel control valve controller 504a. It is output to the starting fuel control valve controller 505a.

Ｆ１ガス燃料調節弁制御器５０２ａは、燃料切替え調整制御器５０１ａで演算した燃料流量時間変化率に基づいてＦ１ガス燃料２０１の流量が変化するように、Ｆ１ガス流量調節弁６１ａの開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、Ｆ１ガス流量調節弁６１ａの駆動部に出力される。   The F1 gas fuel control valve controller 502a issues an opening command of the F1 gas flow control valve 61a so that the flow rate of the F1 gas fuel 201 changes based on the fuel flow time change rate calculated by the fuel switching adjustment controller 501a. calculate. This opening degree command is converted into a current signal, for example, and is output to the drive unit of the F1 gas flow rate adjustment valve 61a.

Ｆ２ガス燃料調節弁制御器５０３ａは、燃料切替え調整制御器５０１ａで演算した燃料流量時間変化率に基づいてＦ２ガス燃料２０２の流量が変化するように、Ｆ２ガス流量調節弁６２の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、Ｆ２ガス流量調節弁６２の駆動部に出力される。   The F2 gas fuel control valve controller 503a gives an opening degree command for the F2 gas flow control valve 62 so that the flow rate of the F2 gas fuel 202 changes based on the fuel flow time change rate calculated by the fuel switching adjustment controller 501a. calculate. This opening degree command is converted into, for example, a current signal and output to the drive unit of the F2 gas flow rate adjustment valve 62.

Ｆ３ガス燃料調節弁制御器５０４ａは、燃料切替え調整制御器５０１ａで演算した燃料流量時間変化率に基づいてＦ３ガス燃料２０３の流量が変化するように、Ｆ３ガス流量調節弁６３の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、Ｆ３ガス流量調節弁６３の駆動部に出力される。   The F3 gas fuel control valve controller 504a issues an opening degree command for the F3 gas flow control valve 63 so that the flow rate of the F3 gas fuel 203 changes based on the fuel flow time change rate calculated by the fuel switching adjustment controller 501a. calculate. This opening degree command is converted into a current signal, for example, and output to the drive unit of the F3 gas flow rate adjustment valve 63.

起動用燃料調節弁制御器５０５ａは、燃料切替え調整制御器５０１で演算した燃料流量時間変化率に基づいて起動用油燃料２１０ａの流量が変化するように、流量調節弁６６の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、流量調節弁６６の駆動部に出力される。   The startup fuel control valve controller 505a calculates the opening command of the flow rate control valve 66 so that the flow rate of the startup oil fuel 210a changes based on the fuel flow time change rate calculated by the fuel switching adjustment controller 501. To do. This opening degree command is converted into, for example, a current signal and output to the drive unit of the flow rate adjustment valve 66.

本実施の形態によれば、いわゆるマルチクラスタバーナを備えたガスタービン燃焼器において、起動用油燃料２１０ａから水素含有燃料であるガス燃料２００ａへの燃料切り替えの際、ガス燃料２００ｂの発熱量Ｑ０とＦ１〜Ｆ３ガス燃料２０１〜２０３の温度Ｔ１０〜Ｔ３０とを検出して、Ｆ１〜Ｆ３ガス燃料２０１〜２０３の熱量を演算して時間変化率を設定しているので、燃料切り替え中に、ガス燃料２００ａの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。 According to the present embodiment, in the gas turbine combustor provided with a so-called multi-cluster burner, when the fuel is switched from the starting oil fuel 210a to the gas fuel 200a that is the hydrogen-containing fuel, the calorific value Q 0 of the gas fuel 200b. And the temperature T1 0 to T3 0 of the F1 to F3 gas fuels 201 to 203 are detected, the amount of heat of the F1 to F3 gas fuels 201 to 203 is calculated, and the time change rate is set. Even if the composition of the hydrogen-containing fuel in the gas fuel 200a changes, combustion stability can be ensured and the fuel can be switched stably.

上述した本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第２の実施の形態によれば、起動用油燃料２１０ａから水素含有燃料であるガス燃料２００ａへの切り替え中に、ガス燃料２００ａの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。   According to the second embodiment of the gas turbine combustor and the method of operating the same described above, the hydrogen content of the gas fuel 200a is changed during the switching from the starting oil fuel 210a to the gas fuel 200a that is the hydrogen-containing fuel. Even if the composition of the fuel changes, the combustion stability can be ensured and the fuel can be switched stably.

１ ガスタービンプラント
２ 空気圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 燃焼室
６ 発電機
８ バーナ
１０ 外筒
１２ 主室ライナ
１３ 燃焼器エンドカバー
２０ 空気孔プレート
２１ 空気孔
２２ 燃料ノズル
２３ 燃料分配器
３２ 中央バーナ
３３ 外周バーナ
４０ 油ノズル
５０ 負荷検出器
５１ １列目空気孔
５２ ２列目空気孔
５３ ３列目空気孔
６０ 燃料遮断弁
６１ ガス流量調節弁
６１ａ Ｆ１ガス流量調節弁
６２ Ｆ２ガス流量調節弁
６３ Ｆ３ガス流量調節弁
６６ 流量調節弁
１０１ 空気
１０２ 圧縮空気
１０３ 冷却空気
１１０ 燃焼ガス
１１１ 排気ガス
２００ａ ガス燃料
２１０ａ 起動用油燃料
３０１ 空気孔プレート燃焼室側表面
４００ ガスタービン負荷の計測値信号
４０１ 燃料発熱量の計測値信号
４０２ 燃料温度の計測信号
５００ 制御装置
５０１ 燃料切替え調整制御器
５０２ ガス燃料調節弁制御器
５０３ 起動用燃料調節弁制御器
５０１ａ 燃料切替え調整制御器
５０２ａ Ｆ１ガス燃料調節弁制御器
５０３ａ Ｆ２ガス燃料調節弁制御器
５０４ａ Ｆ３ガス燃料調節弁制御器
５０５ａ 起動用燃料調節弁制御器
６００ 熱量計
６０１ 温度計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine plant 2 Air compressor 3 Combustor 4 Turbine 5 Combustion chamber 6 Generator 8 Burner 10 Outer cylinder 12 Main chamber liner 13 Combustor end cover 20 Air hole plate 21 Air hole 22 Fuel nozzle 23 Fuel distributor 32 Central burner 33 Peripheral burner 40 Oil nozzle 50 Load detector 51 First row air hole 52 Second row air hole 53 Third row air hole 60 Fuel shut-off valve 61 Gas flow control valve 61a F1 gas flow control valve 62 F2 gas flow control valve 63 F3 gas flow rate control valve 66 Flow rate control valve 101 Air 102 Compressed air 103 Cooling air 110 Combustion gas 111 Exhaust gas 200a Gas fuel 210a Starting oil fuel 301 Air hole plate combustion chamber side surface 400 Gas turbine load measurement value signal 401 Fuel heat generation Quantity measurement value signal 402 Fuel temperature measurement signal 500 Controller 501 Fuel switching Adjustment controller 502 gas fuel adjustment valve controller 503 start fuel adjustment valve controller 501a fuel switching adjustment controller 502a F1 gas fuel adjustment valve controller 503a F2 gas fuel adjustment valve controller 504a F3 gas fuel adjustment valve controller 505a Fuel control valve controller 600 for starting Calorimeter 601 Thermometer

Claims (6)

ガスタービンの起動過程に起動用燃料からガス燃料へ燃料切り替えを行うガスタービン燃焼器において、
下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと，前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備えたバーナと、
前記バーナの軸中心に設けられ、前記起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、
前記バーナへ前記ガス燃料を供給するガス供給配管と、
前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量を調整するガス燃料流量調節弁と、
前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度を計測する温度検出器と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の発熱量を計測する熱量計と、
前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込み、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替えの際に、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出し、前記ガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力する制御装置とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 In the gas turbine combustor that switches the fuel from the starting fuel to the gas fuel during the starting process of the gas turbine,
A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a downstream combustion chamber, a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, and leading compressed air to the combustion chamber A burner provided with a plurality of concentric air hole plates coaxially with the fuel nozzle;
An activation fuel nozzle that is provided at the axial center of the burner and injects the activation fuel;
A gas supply pipe for supplying the gas fuel to the burner;
A starting fuel supply pipe for supplying the starting fuel to the starting fuel nozzle;
A gas fuel flow control valve that is provided in the gas supply pipe and adjusts a supply flow rate of the gas fuel;
A starting fuel flow rate adjusting valve that is provided in the starting fuel supply pipe and adjusts a supply flow rate of the starting fuel;
A temperature detector provided in the gas supply pipe for measuring the temperature of the gas fuel;
A calorimeter provided in the gas supply pipe for measuring the calorific value of the gas fuel;
Taking in the temperature and calorific value of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter, the rate of change over time in the flow rate of the gas fuel when switching from the starting fuel to the gas fuel in the starting process the starting calculates the time rate of change of flow rate of the fuel, and calculates each flow rate command signal, and a control unit for outputting the flow rate command signal to said gas fuel flow rate control valve and the startup fuel flow rate control valve and A gas turbine combustor comprising: ガスタービンの起動過程に起動用燃料からガス燃料へ燃料切り替えを行うガスタービン燃焼器において、
下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと，前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備え、前記ガスタービン燃焼器の軸中心部に配置された中央バーナと、
下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと，前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備え、前記中央バーナの外周部に複数個配置された外周バーナと、
前記中央バーナの軸中心に設けられ、前記起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、
前記複数の外周バーナと前記中央バーナとへ前記ガス燃料をそれぞれ供給する複数のガス供給配管と、
前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、
前記複数のガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量をそれぞれ調整する複数のガス燃料流量調節弁と、
前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、
前記複数のガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度をそれぞれ計測する複数の温度検出器と、
前記複数のガス供給配管の供給元に設けられ、前記供給元のガス燃料の発熱量を計測する熱量計と、
前記複数の温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込み、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替えの際に、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出し、前記複数のガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力する制御装置とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 In the gas turbine combustor that switches the fuel from the starting fuel to the gas fuel during the starting process of the gas turbine,
A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a downstream combustion chamber, a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, and leading compressed air to the combustion chamber A central burner disposed at the axial center of the gas turbine combustor, comprising a fuel nozzle and a plurality of concentrically arranged air hole plates coaxially;
A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a downstream combustion chamber, a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, and leading compressed air to the combustion chamber A plurality of concentrically arranged air hole plates coaxial with the fuel nozzle, and a plurality of outer peripheral burners disposed on the outer peripheral portion of the central burner;
An activation fuel nozzle that is provided at the center of the central burner and injects the activation fuel;
A plurality of gas supply pipes each supplying the gas fuel to the plurality of outer peripheral burners and the central burner;
A starting fuel supply pipe for supplying the starting fuel to the starting fuel nozzle;
A plurality of gas fuel flow control valves that are provided in the plurality of gas supply pipes and respectively adjust the supply flow rate of the gas fuel;
A starting fuel flow rate adjusting valve that is provided in the starting fuel supply pipe and adjusts a supply flow rate of the starting fuel;
A plurality of temperature detectors provided in the plurality of gas supply pipes, each for measuring the temperature of the gas fuel;
A calorimeter provided at a supply source of the plurality of gas supply pipes and measuring a calorific value of the gas fuel of the supply source;
The temperature and the calorific value of the gas fuel measured by the plurality of temperature detectors and the calorimeter are taken in, and when the fuel is switched from the starting fuel to the gas fuel in the starting process, the flow time of the gas fuel Calculates the rate of change and the rate of time change of the flow rate of the starting fuel , calculates each flow rate command signal, and outputs each flow rate command signal to the plurality of gas fuel flow rate control valves and the starter fuel flow rate control valve A gas turbine combustor. 請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記制御装置は、予め前記ガス燃料の温度の基準値と発熱量の基準値とを設定し、これらの基準値と前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量との偏差に応じて、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化とを変更する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The control device previously sets a reference value for the temperature of the gas fuel and a reference value for the calorific value, and the temperature and calorific value of the gas fuel measured by the reference value, the temperature detector, and the calorimeter. The time change rate of the flow rate of the gas fuel and the change over time of the flow rate of the starting fuel are changed in accordance with the deviation. 請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記制御装置は、予め前記ガス燃料の温度の基準値と発熱量の基準値とを設定し、これらの基準値に対して前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とが低い場合には、前記起動用燃料の流量が増加する時間変化率に変更する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The control device sets a reference value for the temperature of the gas fuel and a reference value for the calorific value in advance, and the temperature of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter with respect to these reference values. When the calorific value is low, the gas turbine combustor is changed to a time change rate at which the flow rate of the starting fuel increases. 請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記制御装置は、予め前記ガス燃料の温度の基準値と発熱量の基準値とを設定し、これらの基準値に対して前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とが高い場合には、前記起動用燃料の流量が減少する時間変化率に変更する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The control device sets a reference value for the temperature of the gas fuel and a reference value for the calorific value in advance, and the temperature of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter with respect to these reference values. When the calorific value is high, the gas turbine combustor is changed to a time change rate at which the flow rate of the starting fuel decreases. 下流側の燃焼室にガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと，前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備えたバーナと、
前記バーナの軸中心に設けられ、起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、
前記バーナへ前記ガス燃料を供給するガス供給配管と、
前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量を調整するガス燃料流量調節弁と、
前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度を計測する温度検出器と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の発熱量を計測する熱量計とを備え、起動過程に起動用燃料からガス燃料へ燃料切り替えを行うガスタービン燃焼器の運転方法であって、
前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込むステップと、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替え開始を判断するステップと、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出するステップと、前記ガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力するステップとを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。 A plurality of fuel nozzles for injecting gas fuel into the combustion chamber on the downstream side, is installed between the combustion chamber and the plurality of fuel nozzles, a plurality of air holes for guiding compressed air to the combustion chamber of the plurality A burner provided with a plurality of concentric air hole plates coaxially with the fuel nozzle;
Provided on the shaft center of the burner, a fuel nozzle for startup which injects fuel for startup,
A gas supply pipe for supplying the gas fuel to the burner;
A starting fuel supply pipe for supplying the starting fuel to the starting fuel nozzle;
A gas fuel flow control valve that is provided in the gas supply pipe and adjusts a supply flow rate of the gas fuel;
A starting fuel flow rate adjusting valve that is provided in the starting fuel supply pipe and adjusts a supply flow rate of the starting fuel;
A temperature detector provided in the gas supply pipe for measuring the temperature of the gas fuel;
A gas turbine combustor operating method provided in the gas supply pipe, comprising a calorimeter for measuring the calorific value of the gas fuel, and switching the fuel from the starting fuel to the gas fuel in the starting process,
Capturing the temperature and calorific value of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter, determining the start of fuel switching from the starting fuel to the gas fuel in the starting process, and Calculating a flow rate change rate and a time change rate of the start fuel flow rate, calculating each flow rate command signal, and supplying each flow rate command to the gas fuel flow rate control valve and the starter fuel flow rate control valve; And a step of outputting a signal. A method for operating a gas turbine combustor.
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