JP6182395B2 - Gas turbine combustor and control 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制御方法に関する。   The present invention relates to a gas turbine combustor and a control method thereof.

低Nox化と燃焼安定性に優れたガスタービン燃焼器を提供することを目的として、燃料を燃焼室に噴出する燃料ノズルと、空気を該燃焼室に噴出する空気孔とを備え、該燃料と該空気が複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように、該燃料ノズルと該空気孔を配置することを特徴とするガスタービン燃焼器がある(例えば、特許文献1参照)。   For the purpose of providing a gas turbine combustor with low Nox and excellent combustion stability, the fuel nozzle includes a fuel nozzle that ejects fuel into the combustion chamber, and an air hole that ejects air into the combustion chamber. There is a gas turbine combustor in which the fuel nozzle and the air hole are arranged so that the air is jetted into the combustion chamber as a plurality of coaxial jets (see, for example, Patent Document 1).

特開2003−148734号公報JP 2003-148734 A

ガスタービンは、着火から定格負荷に移行するまでの幅広い運転条件を通して、安定した稼働が要求される。このため、燃焼器には、複数のバーナを設けたマルチバーナ方式が広く採用されている。マルチバーナ方式の燃焼器では、例えば着火等の燃料供給量が少ないときには、中央に配置した1つのバーナ(以下、F1バーナという)のみから燃料を噴射し、燃料供給量の増加に応じて、F1バーナの外周部に配置された複数のバーナ(以下、F2バーナという)の燃料噴射個数を順次増加している。そして、定格負荷運転時には全てのバーナから燃料が噴射されるように運用している。   Gas turbines are required to operate stably through a wide range of operating conditions from ignition to transition to rated load. For this reason, a multi-burner system provided with a plurality of burners is widely used for the combustor. In a multi-burner type combustor, for example, when the amount of fuel supplied, such as ignition, is small, fuel is injected from only one burner disposed in the center (hereinafter referred to as F1 burner), and F1 is increased according to the increase in the amount of fuel supplied. The number of fuel injections of a plurality of burners (hereinafter referred to as F2 burners) arranged on the outer periphery of the burner is sequentially increased. And it operates so that fuel may be injected from all the burners at the time of rated load operation.

上述した特許文献1のガスタービン燃焼器のバーナは、その中心領域に内周部空気孔が配置され、その外周側に外周部空気孔が配置されていて、内周部空気孔から噴出した予混合気で形成される火炎と外周部空気孔出口との距離が確保されるように設計されている。このような距離を確保することで、外周部空気孔から噴出した予混合気が火炎と反応して燃焼するまでに更に燃料と空気が混合される。このことにより、低NOx燃焼が実現する。このように、低NOx燃焼の観点では、バーナにより形成される火炎は、内周部空気孔出口を起点に保炎する円錐状火炎である方が有利である。   The burner of the gas turbine combustor described in Patent Document 1 described above has an inner peripheral air hole disposed in the center region thereof, an outer peripheral air hole disposed on the outer peripheral side thereof, and a jet ejected from the inner peripheral air hole. The distance between the flame formed by the air-fuel mixture and the outer peripheral air hole outlet is ensured. By securing such a distance, fuel and air are further mixed before the premixed gas jetted from the outer peripheral air hole reacts with the flame and burns. This achieves low NOx combustion. Thus, from the viewpoint of low NOx combustion, it is advantageous that the flame formed by the burner is a conical flame that holds the flame starting from the inner peripheral air hole outlet.

しかしながら、ガスタービンの起動/昇速時のように空気温度が低く、マルチバーナのF1バーナのみに燃料を供給する場合に、F1バーナで円錐状の火炎を形成すると、F1バーナにおける外周部空気孔から噴出する予混合気には、火炎と反応する前に、F1バーナの周囲に配置されたF2バーナから噴出した低温の空気が干渉する場合がある。
このとき、干渉の度合いが強いほどF1バーナの外周部空気孔から噴出する予混合気の燃空比が低下し、燃焼反応が進行せず、未燃分の排出量が増加する。また、F1バーナを内周と外周で均一に予混合燃焼させ、かつ平坦な火炎を形成した場合には、燃焼振動が発生することが懸念される。
However, when the air temperature is low, such as when the gas turbine is started up / accelerated, and fuel is supplied only to the F1 burner of the multi-burner, if a conical flame is formed by the F1 burner, the outer peripheral air hole in the F1 burner The premixed gas ejected from the air may interfere with low-temperature air ejected from the F2 burner arranged around the F1 burner before reacting with the flame.
At this time, the stronger the degree of interference, the lower the fuel-air ratio of the premixed gas jetted from the outer peripheral air hole of the F1 burner, the combustion reaction does not proceed, and the amount of unburned emissions increases. In addition, when the F1 burner is premixed and burned uniformly on the inner and outer peripheries and a flat flame is formed, there is a concern that combustion vibration may occur.

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、ガスタービンの起動/昇速時の未燃分の排出と燃焼振動を抑制し、ガスタービンの回転数を安定して増加し得るガスタービン燃焼器およびその制御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 suppress the discharge of unburned components and combustion vibrations at the time of start-up / acceleration of the gas turbine, and to stabilize the rotational speed of the gas turbine. It is an object of the present invention to provide a gas turbine combustor that can be increased and a control method thereof.

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、供給された燃料と供給された空気とを混合して燃焼させる円筒状の燃焼室と、前記燃焼室の上流側に位置し前記燃焼室に空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に配置され前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に前記燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルと前記複数の空気孔とがそれぞれ対となるように配置して構成される複数のバーナと、前記複数のバーナのうち前記燃焼室に面して前記空気孔プレートの軸中心に配置した起動用のF1バーナと、前記F1バーナの外周部に複数個配置したF2バーナとを備えたガスタービン燃焼器において、前記F1バーナの前記燃料ノズルと前記空気孔とは複数列の円周上に配置され、前記F1バーナの前記空気孔は半径方向内側に配置された内周部空気孔と前記内周部空気孔の外周側に配置された外周部空気孔とを備え、前記F1バーナは、前記内周部空気孔に対応して配置される内周部燃料ノズルと、前記外周部空気孔に対応して配置される外周部燃料ノズルと、前記内周部燃料ノズルと前記外周部燃料ノズルとに燃料を供給する燃料ヘッダと、前記燃料ヘッダと前記内周部燃料ノズルとを連通する内周オリフィスと、前記燃料ヘッダと前記外周部燃料ノズルとを連通する外周オリフィスとを備え、前記内周オリフィスの直径が前記外周オリフィスの直径よりも小さく、前記内周部空気孔の出口における燃空比が、前記外周部空気孔の出口における燃空比よりも小さいことを特徴とする。 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-described problems. To give an example, a cylindrical combustion chamber that mixes the supplied fuel and the supplied air and burns, and the combustion chamber The fuel is supplied to an air hole plate formed on the upstream side and formed with a plurality of air holes for supplying air to the combustion chamber, and a plurality of air holes arranged on the upstream side of the air hole plate and formed in the air hole plate. A plurality of fuel nozzles to be supplied; a plurality of burners configured such that the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes are respectively paired; and the combustion chamber of the plurality of burners facing the combustion chamber. In the gas turbine combustor comprising a starting F1 burner disposed at the axial center of the air hole plate and a plurality of F2 burners disposed on the outer periphery of the F1 burner, the fuel nozzle of the F1 burner; The air holes are arranged on the circumference of a plurality of rows, and the air holes of the F1 burner are an inner peripheral air hole arranged radially inside and an outer circumference arranged on the outer peripheral side of the inner peripheral air hole. The F1 burner includes an inner peripheral fuel nozzle disposed corresponding to the inner peripheral air hole, an outer peripheral fuel nozzle disposed corresponding to the outer peripheral air hole, A fuel header for supplying fuel to the inner peripheral fuel nozzle and the outer peripheral fuel nozzle; an inner peripheral orifice communicating the fuel header and the inner peripheral fuel nozzle; the fuel header and the outer peripheral fuel nozzle; An outer peripheral orifice communicating with the outer peripheral orifice, wherein the inner peripheral orifice has a smaller diameter than the outer peripheral orifice, and the fuel / air ratio at the outlet of the inner peripheral air hole is a fuel / air ratio at the outlet of the outer peripheral air hole. It is smaller than the ratio To.

本発明によれば、ガスタービンの起動/昇速時の未燃分の排出と燃焼振動を抑制することができるので、起動用のF1バーナの運用範囲を拡大することができる。この結果、ガスタービンの回転数を安定して増加し得るガスタービン燃焼器およびその制御方法を提供できる。   According to the present invention, it is possible to suppress the discharge of unburned fuel and combustion vibration during startup / acceleration of the gas turbine, so that the operating range of the startup F1 burner can be expanded. As a result, it is possible to provide a gas turbine combustor that can stably increase the rotational speed of the gas turbine and a control method therefor.

本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態の要部の側断面図をガスタービンプラント全体の模式図と併せて表した概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic block diagram which represented the side sectional drawing of the principal part of 1st Embodiment of the gas turbine combustor and its control method of this invention with the schematic diagram of the whole gas turbine plant. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態の要部の側断面図を燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図と併せて表した概略構成図である。It is the schematic block diagram which represented the sectional side view of the principal part of 1st Embodiment of the gas turbine combustor and its control method of this invention with the situation figure which shows the flow of the combustion gas in a combustion chamber. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態を構成する空気孔プレートの一例を燃焼室側から見た正面図である。It is the front view which looked at an example of the air hole plate which comprises 1st Embodiment of the gas turbine combustor and its control method of this invention from the combustion chamber side. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態を構成するF1バーナの一例の詳細側断面図を燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図と併せて表した概略構成図である。Schematic configuration diagram showing a detailed side sectional view of an example of the F1 burner constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and its control method of the present invention together with a situation diagram showing the flow of combustion gas in the combustion chamber It is. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態を構成するF1バーナの起動/昇速時の火炎形態を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the flame form at the time of starting / acceleration of F1 burner which comprises 1st Embodiment of the gas turbine combustor of this invention, and its control method. 図2の他の例であって、F1バーナにおいて、外周部の燃空費が空気孔出口に火炎が保炎できる燃空費よりも低い場合の火炎形態を示す状況図と併せて表した概略構成図である。FIG. 2 is another example of FIG. 2, in the F1 burner, an outline that is shown together with a situation diagram showing a flame form when the fuel cost of the outer peripheral portion is lower than the fuel cost that can hold the flame at the air hole outlet. It is a block diagram. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態を構成するF1バーナの他の例を示す詳細側断面図である。It is a detailed sectional side view which shows the other example of F1 burner which comprises 1st Embodiment of the gas turbine combustor of this invention, and its control method. 図7に示すF1バーナの他の例を燃焼室側から見た正面図である。It is the front view which looked at the other example of F1 burner shown in FIG. 7 from the combustion chamber side. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態の要部の側断面図を燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図と併せて表した概略構成図である。It is the schematic block diagram which represented the sectional side view of the principal part of 2nd Embodiment of the gas turbine combustor and its control method of this invention with the situation figure which shows the flow of the combustion gas in a combustion chamber. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態を構成する空気孔プレートの一例を燃焼室側から見た正面図である。It is the front view which looked at an example of the air hole plate which comprises 2nd Embodiment of the gas turbine combustor of this invention, and its control method from the combustion chamber side. 本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態を構成するF1バーナの全バーナ火炎形成時における火炎形態を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the flame form at the time of all the burner flame formation of F1 burner which comprises 2nd Embodiment of the gas turbine combustor of this invention, and its control method.

以下、本発明のガスタービン燃焼器およびその制御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 a control 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およびその制御方法の第1の実施の形態の要部の側断面図をガスタービンプラント全体の模式図と併せて表した概略構成図である。
図1に示すガスタービンプラント9は、主として、吸い込み空気15を加圧して高圧空気16を生成する圧縮機1と、圧縮機1で生成した高圧空気16とガス燃料50とを燃焼させて高温燃焼ガス19を生成する燃焼器2と、燃焼器2で生成した高温燃焼ガス19によって駆動されるタービン3と、タービン3の駆動によって回転され電力を発生させる発電機8と、圧縮機1、タービン3及び発電機8を一体に連結するシャフト7とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a side sectional view of a main part of a first embodiment of a gas turbine combustor and a control method thereof according to the present invention together with a schematic diagram of an entire gas turbine plant.
The gas turbine plant 9 shown in FIG. 1 mainly combusts the compressor 1 that pressurizes the intake air 15 to generate the high-pressure air 16, and the high-pressure air 16 generated by the compressor 1 and the gas fuel 50 to perform high-temperature combustion. A combustor 2 that generates a gas 19, a turbine 3 that is driven by the high-temperature combustion gas 19 generated by the combustor 2, a generator 8 that is rotated by driving the turbine 3 to generate electric power, a compressor 1, and a turbine 3 And a shaft 7 for connecting the generator 8 together.

燃焼器2は、ケーシング4の内部に格納されている。
燃焼器2は、頭部に配設されたマルチバーナ6と、高圧空気16とガス燃料50とを燃焼させる燃焼室5を形成する概略円筒状の燃焼器ライナ10と、燃焼器ライナ10の外周にほぼ同心円の円筒状に配設され、高圧空気16を流下させる空気流路を形成する外周壁となるフロースリーブ11と、燃焼器ライナ10の下流側に配設され、燃焼室5で発生した高温燃焼ガス19をタービン3に導くための尾筒内筒12と、尾筒内筒12の外周側に配設された尾筒外筒13とを備えている。
The combustor 2 is stored inside the casing 4.
The combustor 2 includes a multi-burner 6 disposed at the head, a generally cylindrical combustor liner 10 that forms a combustion chamber 5 in which high-pressure air 16 and gas fuel 50 are combusted, and an outer periphery of the combustor liner 10. Are arranged in a substantially concentric cylindrical shape, and are arranged on the downstream side of the combustor liner 10 and are generated in the combustion chamber 5, and are arranged on the downstream side of the combustor liner 10. A tail cylinder inner cylinder 12 for guiding the high-temperature combustion gas 19 to the turbine 3 and a tail cylinder outer cylinder 13 disposed on the outer peripheral side of the tail cylinder inner cylinder 12 are provided.

図1において、吸い込み空気15は、圧縮機1によって圧縮された後に高圧空気16となる。高圧空気16は、ケーシング4内に充満した後、尾筒内筒12と尾筒外筒13の間の空間に流入し、尾筒内筒12を外壁面から対流冷却する。   In FIG. 1, the intake air 15 becomes high-pressure air 16 after being compressed by the compressor 1. After the high pressure air 16 is filled in the casing 4, it flows into the space between the tail cylinder inner cylinder 12 and the tail cylinder outer cylinder 13, and convectively cools the tail cylinder inner cylinder 12 from the outer wall surface.

尾筒内筒12を外壁面から対流冷却した高圧空気16は、フロースリーブ11と燃焼器ライナ10との間に形成された環状の流路を通って燃焼器2の頭部に向かって流れる。高圧空気16は流れる途中で、燃焼器ライナ10の対流冷却に使用される。   High-pressure air 16 convectively cooled from the outer wall surface of the tail cylinder inner cylinder 12 flows toward the head of the combustor 2 through an annular flow path formed between the flow sleeve 11 and the combustor liner 10. The high-pressure air 16 is used for convective cooling of the combustor liner 10 while flowing.

また、高圧空気16の一部は、燃焼器ライナ10に設けられた多数の冷却孔(図しせず)から燃焼器ライナ10内へ流入し、燃焼器ライナ10のフィルム冷却に使用される。   A part of the high-pressure air 16 flows into the combustor liner 10 from a large number of cooling holes (not shown) provided in the combustor liner 10 and is used for film cooling of the combustor liner 10.

高圧空気16のうち燃焼器ライナ10のフィルム冷却に使用されなかった残りの高圧空気16は、燃焼用空気16Aとして燃焼室5の上流側壁面に位置する空気孔プレート31に設けられた多数の空気孔32に流入する。   Among the high-pressure air 16, the remaining high-pressure air 16 that has not been used for cooling the film of the combustor liner 10 is a large number of air provided in the air hole plate 31 located on the upstream side wall surface of the combustion chamber 5 as combustion air 16A. It flows into the hole 32.

空気孔32に流入した燃焼用空気16Aは、そのまま空気噴流17として燃焼室5に噴出されるか、燃料ノズル25から噴出された燃料と混合されて予混合気18として燃焼室5に流入し、燃焼して高温燃焼ガス19を生成する。この高温燃焼ガス19は尾筒内筒12を通じてタービン3に供給される。   The combustion air 16A that has flowed into the air hole 32 is either directly jetted into the combustion chamber 5 as an air jet 17 or mixed with the fuel jetted from the fuel nozzle 25 and flows into the combustion chamber 5 as a premixed gas 18, It burns to produce hot combustion gas 19. This high-temperature combustion gas 19 is supplied to the turbine 3 through the transition piece inner cylinder 12.

高温燃焼ガス19は、タービン3を駆動した後に排出されて、排気ガス20となる。タービン3で得られた駆動力は、シャフト7を通じて圧縮機1及び発電機8に伝えられる。圧縮機1に伝えられた駆動力は、空気を加圧し高圧空気16を生成することに用いられ、発電機8に伝えられた駆動力は電気エネルギに変換される。   The high temperature combustion gas 19 is exhausted after driving the turbine 3 to become exhaust gas 20. The driving force obtained by the turbine 3 is transmitted to the compressor 1 and the generator 8 through the shaft 7. The driving force transmitted to the compressor 1 is used to pressurize air to generate high-pressure air 16, and the driving force transmitted to the generator 8 is converted into electric energy.

ガスタービンプラント9は、マルチバーナ6にガス燃料50を供給するために、3個の燃料系統51,52,53を備えている。燃料系統51〜53には、燃料流量調整弁61〜63がそれぞれ設けられている。ガスタービンプラント9の発電量は、各燃料系統の流量を制御することで制御される。具体的には、制御装置65からの指令信号によって燃料流量調整弁61〜63の弁開度を調節することで制御される。3個の燃料系統51,52,53は、上流側で合流していて、この合流配管には、燃料を遮断するための燃料遮断弁60が設けられている。   The gas turbine plant 9 includes three fuel systems 51, 52, and 53 for supplying gas fuel 50 to the multi-burner 6. Fuel flow control valves 61 to 63 are provided in the fuel systems 51 to 53, respectively. The power generation amount of the gas turbine plant 9 is controlled by controlling the flow rate of each fuel system. Specifically, it is controlled by adjusting the valve opening degree of the fuel flow rate adjusting valves 61 to 63 by a command signal from the control device 65. The three fuel systems 51, 52, 53 are joined upstream, and a fuel cutoff valve 60 for shutting off the fuel is provided in this joining pipe.

次に、バーナ構造について図2乃至図5を用いて説明する。図2は本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態の要部の側断面図を燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図と併せて表した概略構成図、図3は本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態を構成する空気孔プレートの一例を燃焼室側から見た正面図、図4は本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態を構成するF1バーナの一例の詳細側断面図を燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図と併せて表した概略構成図、図5は本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態を構成するF1バーナの起動/昇速時の火炎形態を示す特性図である。図2乃至図5において、図1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 burner structure will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a side sectional view of a main part of the first embodiment of the gas turbine combustor and the control method thereof according to the present invention, together with a situation diagram showing a flow of combustion gas in the combustion chamber, 3 is a front view of an example of the air hole plate constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and the control method thereof according to the present invention as viewed from the combustion chamber side, and FIG. 4 is the gas turbine combustor according to the present invention and the air turbine plate thereof. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a detailed side sectional view of an example of the F1 burner constituting the first embodiment of the control method together with a situation diagram showing the flow of combustion gas in the combustion chamber, and FIG. 5 is a gas turbine of the present invention It is a characteristic view which shows the flame form at the time of starting / acceleration of F1 burner which comprises 1st Embodiment of a combustor and its control method. 2 to 5, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.

図2及び図3に示すように、本実施の形態におけるマルチバーナ6は、燃焼器5の軸方向中央に配置された起動用のF1バーナ66と、その外周の同心円上に配置された6つのF2バーナ67とから構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the multi-burner 6 in the present embodiment includes an activation F1 burner 66 disposed at the center in the axial direction of the combustor 5 and six concentric circles disposed on the outer periphery thereof. F2 burner 67 is comprised.

各バーナ66、67は多数の燃料ノズル25と、燃料を多数の燃料ノズル25に分配する燃料ヘッダ23と、空気および燃料が通過する空気孔32が燃料ノズル25に1対1に対応して配置された空気孔プレート31とを備えたバーナである。   Each of the burners 66 and 67 has a number of fuel nozzles 25, a fuel header 23 that distributes fuel to the number of fuel nozzles 25, and an air hole 32 through which air and fuel pass in a one-to-one correspondence with the fuel nozzle 25. It is a burner provided with the air hole plate 31 made.

また、各バーナ66、67の空気孔プレート31に設けられた空気孔32は、図3に示すように、各バーナの軸心を中心とした3列の同心円上に設けられている。F1バーナ66は、F1バーナ66の軸心を含むF1バーナ内周部66aとその周囲に配置されたF1バーナ外周部66bとに分けられ、本実施の形態においては、F1バーナ内周部66aは空気孔32の軸心から1列目を含み、F1バーナ外周部66bは空気孔32の2列目と3列目とを含む。   Further, as shown in FIG. 3, the air holes 32 provided in the air hole plate 31 of each burner 66, 67 are provided on three rows of concentric circles centering on the axis of each burner. The F1 burner 66 is divided into an F1 burner inner peripheral portion 66a including the axis of the F1 burner 66 and an F1 burner outer peripheral portion 66b arranged around the F1 burner inner peripheral portion 66b. In the present embodiment, the F1 burner inner peripheral portion 66a is The first row from the axial center of the air holes 32 is included, and the F1 burner outer peripheral portion 66b includes the second and third rows of the air holes 32.

ガスタービンは起動から定格負荷条件まで幅広い運転条件を安定に燃焼させるため、起動時や負荷の低い条件ではF1バーナ66単独で運用し、負荷の上昇とともに燃料を供給するF2バーナ67の個数を増やし、最後にすべてのバーナに燃料を供給して運用する。このような運転をすることでバーナそれぞれにおける燃空比を一定以上に保つことで安定に火炎42を保持することができる。   In order to stably burn a wide range of operating conditions from startup to rated load conditions, the gas turbine is operated by the F1 burner 66 alone at startup and under low load conditions, and the number of F2 burners 67 that supply fuel increases as the load increases. Finally, supply fuel to all burners and operate. By performing such an operation, the flame 42 can be stably held by maintaining the fuel-air ratio in each burner at a certain level or more.

図4において、F1バーナ内周部66aは、内周燃料ノズル25aと、内周空気孔32aと、燃料ヘッダ23と内周燃料ノズル25aとを連通する内周オリフィス22aとを備えている。また、F1バーナ外周部66bは、外周燃料ノズル25bと、外周空気孔32bと、燃料ヘッダ23と外周燃料ノズル25bとを連通する外周オリフィス22bとを備えている。   4, the F1 burner inner peripheral portion 66a includes an inner peripheral fuel nozzle 25a, an inner peripheral air hole 32a, and an inner peripheral orifice 22a that allows the fuel header 23 and the inner peripheral fuel nozzle 25a to communicate with each other. Further, the F1 burner outer peripheral portion 66b includes an outer peripheral fuel nozzle 25b, an outer peripheral air hole 32b, and an outer peripheral orifice 22b that communicates the fuel header 23 and the outer peripheral fuel nozzle 25b.

空気孔プレート31に配設した空気孔32a、32bは、バーナ中心軸44に対して傾斜している。このことにより、予混合気噴流18にバーナ周方向速度成分が付与され、バーナ下流で外側に広がりながら旋回する旋回流40が形成される。この結果、バーナ中心部には、循環流41が形成される。この循環流41によって高温の燃焼ガスが、燃焼室5の下流から空気孔32a、32bの出口近傍まで戻るので、火炎42を安定に保炎することができる。   The air holes 32 a and 32 b provided in the air hole plate 31 are inclined with respect to the burner central axis 44. As a result, a burner circumferential velocity component is imparted to the premixed gas jet 18, and a swirling flow 40 that swirls while spreading outward is formed downstream of the burner. As a result, a circulating flow 41 is formed at the center of the burner. Since the high-temperature combustion gas returns from the downstream of the combustion chamber 5 to the vicinity of the outlets of the air holes 32a and 32b by the circulation flow 41, the flame 42 can be stably held.

次に、図4及び図5を用いてF1バーナ66の局所燃空比に対する火炎形態について説明する。
まず、図4に示すF1バーナ内周部66aの内周燃料ノズル25aに供給される燃料流量をF1in、内周空気孔32aに流入する空気量をA1inと定義して、F1バーナ外周部66bの外周燃料ノズル25bに供給される燃料流量をF1out、外周空気孔32bに流入する空気量をA1outと定義する。そして、F1バーナ66の内周空気孔32a出口における局所燃空比をF1in/A1in、F1バーナ66の外周空気孔32b出口における局所燃空比をF1out/A1outと定義する。
Next, the flame form with respect to the local fuel-air ratio of F1 burner 66 is demonstrated using FIG.4 and FIG.5.
First, the flow rate of fuel supplied to the inner peripheral fuel nozzle 25a of the F1 burner inner peripheral portion 66a shown in FIG. 4 is defined as F1in, and the amount of air flowing into the inner peripheral air hole 32a is defined as A1in. The flow rate of fuel supplied to the peripheral fuel nozzle 25b is defined as F1out, and the amount of air flowing into the peripheral air hole 32b is defined as A1out. The local fuel / air ratio at the outlet of the inner peripheral air hole 32a of the F1 burner 66 is defined as F1in / A1in, and the local fuel / air ratio at the outlet of the outer peripheral air hole 32b of the F1 burner 66 is defined as F1out / A1out.

図5において、横軸はF1バーナ66の内周空気孔32a出口における局所燃空比F1in/A1inを示し、縦軸はF1バーナ66の外周空気孔32b出口における局所燃空比をF1out/A1outを示している。また、一点鎖線で示す線111は、F1バーナ内周部66aの量論混合比条件を示し、一点鎖線で示す線112は、F1バーナ外周部66bの量論混合比条件を示している。   In FIG. 5, the horizontal axis indicates the local fuel-air ratio F1in / A1in at the outlet of the inner peripheral air hole 32a of the F1 burner 66, and the vertical axis indicates the local fuel-air ratio at the outlet of the outer peripheral air hole 32b of the F1 burner 66 as F1out / A1out. Show. A line 111 indicated by a one-dot chain line indicates a stoichiometric mixture ratio condition of the F1 burner inner peripheral portion 66a, and a line 112 indicated by a one-dot chain line indicates a stoichiometric mixture ratio condition of the F1 burner outer peripheral portion 66b.

燃料と空気が予め混合された状態で燃焼する予混合火炎は、量論混合比条件近傍で最も燃焼速度(火炎が予混合気を伝播する速度)が速くなり、量論混合比条件から燃料濃度が薄くなる、または濃くなるにつれて燃焼速度が遅くなり、ある一定の比率に到達すると、予混合気噴流の流速と燃焼速度が釣り合う点が空気孔出口近傍で存在しなくなることによって火炎がリフト、または失火する。この一定の比率は、図5において、F1バーナ内周部66a側の下減として内周部下限線101、上限として内周部上限線102で示している。同様に、F1バーナ外周部66b側の下減として外周部下限線103、上限として外周部上限線104で示している。   A premixed flame that burns in a premixed state of fuel and air has the fastest combustion speed (the speed at which the flame propagates the premixed gas) near the stoichiometric mixture ratio condition. As the gas becomes thinner or thicker, the combustion speed becomes slower, and when a certain ratio is reached, the point where the flow velocity of the premixed gas jet and the combustion speed balance does not exist near the outlet of the air hole, or the flame is lifted, or Misfire. In FIG. 5, this constant ratio is indicated by an inner peripheral lower limit line 101 as a decrease in the F1 burner inner peripheral portion 66 a side, and an inner peripheral upper limit line 102 as an upper limit. Similarly, a lowering of the F1 burner outer peripheral portion 66b side is indicated by an outer peripheral lower limit line 103, and an upper limit is indicated by an outer peripheral upper limit line 104.

このため、F1バーナの内周空気孔32a出口に火炎42が保炎する条件は、内周部下限線101と内周部上限線102の2つの線の間に限られる。同様にF1バーナ外周空気孔32b出口に火炎42が保炎する条件は、外周部下限線103と外周部上限線104の2つの線の間に限られる。   For this reason, the conditions for the flame 42 to hold the flame at the outlet of the inner peripheral air hole 32a of the F1 burner are limited to the two lines of the inner peripheral lower limit line 101 and the inner peripheral upper limit line 102. Similarly, the conditions for the flame 42 to hold the flame at the outlet of the F1 burner outer peripheral air hole 32b are limited between the outer peripheral lower limit line 103 and the outer peripheral upper limit line 104.

空気孔出口近傍に火炎42が保炎できるかどうかは、予混合気の燃空比の大きさが支配的であるが、隣り合う空気孔から噴出される予混合気流が漏れ込んでくるため、内周部上限線102、内周部下限線101は、F1out/A1outが高いほど少しずつF1in/A1inの低い値にシフトしており、同様に外周部上限線104、外周部下限線103はF1in/A1inが高いほどF1out/A1outの低い値にシフトしている。   Whether or not the flame 42 can be held near the air hole outlet is dominated by the fuel-air ratio of the premixed gas, but the premixed airflow ejected from the adjacent air holes leaks, The inner circumference upper limit line 102 and the inner circumference lower limit line 101 are gradually shifted to lower values of F1in / A1in as F1out / A1out is higher. Similarly, the outer circumference upper limit line 104 and the outer circumference lower limit line 103 are F1in. As / A1in is higher, the value is shifted to a lower value of F1out / A1out.

図5において、内周部上限線102と内周部下限線101と外周部上限線104と外周部下限線103とに囲まれた範囲は、すべての空気孔の出口に火炎が保炎する。このため、図2に示す起動/昇速時のようにF1バーナ66単独で燃焼する場合にF2バーナ67からの空気噴流17がF1バーナ66の下流に向かって流入しても、F1バーナ66からの予混合気噴流18は十分に燃焼反応が進行し、未燃分の排出を抑制することができる。   In FIG. 5, in the range surrounded by the inner peripheral upper limit line 102, the inner peripheral lower limit line 101, the outer peripheral upper limit line 104, and the outer peripheral lower limit line 103, flames are held at the outlets of all the air holes. For this reason, even when the F1 burner 66 burns alone as in the start / up speed shown in FIG. 2, even if the air jet 17 from the F2 burner 67 flows downstream of the F1 burner 66, the F1 burner 66 The premixed gas jet 18 sufficiently undergoes a combustion reaction and can suppress the discharge of unburned matter.

一方、図5のF1バーナ内周部局所燃空比とF1バーナ外周部局所燃空比がほぼ等しくなる条件105では、F1バーナ66全体で火炎の形成位置が同じで、かつ局所燃空比がほぼ同じであることから火炎が一様に変動しやすい。このため、火炎が変動することによって燃焼室5内の圧力が変動し、燃焼室5の圧力変動によってF1バーナ66に供給する燃料流量が変動し、さらに火炎が変動する。この結果、圧力変動と火炎変動がお互いに増幅し合って、燃焼振動が発生する可能性が生じる。   On the other hand, in the condition 105 in which the F1 burner inner peripheral portion local fuel-air ratio and the F1 burner outer peripheral portion local fuel-air ratio in FIG. 5 are substantially equal, the F1 burner 66 has the same flame formation position and the local fuel-air ratio is the same. Because it is almost the same, the flame tends to fluctuate uniformly. For this reason, when the flame fluctuates, the pressure in the combustion chamber 5 fluctuates, the flow rate of the fuel supplied to the F1 burner 66 fluctuates due to the pressure fluctuation of the combustion chamber 5, and the flame fluctuates further. As a result, there is a possibility that the pressure fluctuation and the flame fluctuation are amplified to each other and combustion vibration is generated.

したがって、F1in/A1in=F1out/A1outの近傍条件105を避けてF1バーナ66を運用すれば、燃焼振動の発生を回避できる。具体的には、F1バーナ内周部66aとF1バーナ外周部66bとで局所燃空比をオフセットすることにより、内周部と外周部とで燃焼速度に差が生じ、火炎が変動した際に、火炎が変動して圧力が変動する変動時間にずれが生じる。このことにより、内周部と外周部とが同一周期で変動することを防止できるので、燃焼振動が抑制される。   Therefore, if the F1 burner 66 is operated while avoiding the proximity condition 105 of F1in / A1in = F1out / A1out, the occurrence of combustion vibration can be avoided. Specifically, when the local fuel-air ratio is offset between the F1 burner inner peripheral portion 66a and the F1 burner outer peripheral portion 66b, a difference in combustion speed occurs between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and the flame changes. The fluctuation time when the pressure fluctuates as the flame fluctuates. As a result, it is possible to prevent the inner peripheral portion and the outer peripheral portion from fluctuating in the same cycle, so that combustion vibration is suppressed.

次に、F1in/A1inは内周部上限線102と内周部下限線101の範囲内で、F1out/A1outは外周部上限線104よりも高いか、外周部下限線103よりも低い場合について図6を用いて説明する。図6は図2の他の例であって、F1バーナにおいて、外周部の燃空費が空気孔出口に火炎が保炎できる燃空費よりも低い場合の火炎形態を示す状況図と併せて表した概略構成図である。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。   Next, F1in / A1in is within the range of the inner circumference upper limit line 102 and the inner circumference lower limit line 101, and F1out / A1out is higher than the outer circumference upper limit line 104 or lower than the outer circumference lower limit line 103. 6 will be described. FIG. 6 is another example of FIG. 2, and in the F1 burner, together with a situation diagram showing a flame form when the fuel cost of the outer periphery is lower than the fuel cost that can hold the flame at the air hole outlet FIG. 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.

この場合、内周空気孔出口には火炎が保炎する一方、外周空気孔出口周囲には火炎は保炎しないため、図6に示すように円錐状の火炎42が形成される。このため、F1out/A1outが外周部下限線103よりも低い場合に、起動/昇速時のようにF1バーナ66単独で燃焼する際、F1バーナ66の外周部空気孔から噴出された予混合気噴流18は、燃焼反応が十分に進行する前にF2バーナ67から噴出された空気噴流17によって希釈される。このことにより、さらに燃空比が低下して燃焼反応が進行せず、未燃分が大量に発生する。   In this case, while a flame is held at the inner peripheral air hole outlet, a flame is not held around the outer peripheral air hole outlet, so that a conical flame 42 is formed as shown in FIG. For this reason, when F1out / A1out is lower than the outer peripheral lower limit line 103, when the F1 burner 66 is burned alone as in the startup / acceleration, the premixed gas jetted from the outer peripheral air hole of the F1 burner 66 The jet 18 is diluted by the air jet 17 ejected from the F2 burner 67 before the combustion reaction proceeds sufficiently. As a result, the fuel-air ratio further decreases, the combustion reaction does not proceed, and a large amount of unburned matter is generated.

一方、F1out/A1outが外周部上限線104よりも高い場合には、燃焼反応が十分に進行する前にF2バーナ67から噴出された空気噴流17によって希釈されたとしても、燃焼反応が進行するために十分な燃空比となっているので、内周部空気孔出口に形成された火炎の燃焼ガスによって外周部空気孔から噴出された予混合気噴流18も燃焼反応が進行し、未燃分の排出は抑制される。   On the other hand, when F1out / A1out is higher than the outer peripheral upper limit line 104, the combustion reaction proceeds even if diluted by the air jet 17 ejected from the F2 burner 67 before the combustion reaction sufficiently proceeds. Therefore, the premixed gas jet 18 ejected from the outer peripheral air hole by the combustion gas of the flame formed at the outlet of the inner peripheral air hole also undergoes the combustion reaction, and the unburned component Emissions are suppressed.

次に、図5に示すF1out/A1outは外周部上限線104と外周部下限線103の範囲内で、F1in/A1inは内周部上限線102よりも高いか、内周部下限線101よりも低い場合は、外周空気孔出口には火炎が保炎する一方、内周空気孔出口周囲には火炎は保炎しない。このため、内周部が浮き上がった火炎が形成される。しかし、内周部が浮き上がったとしても、周囲をF1バーナ外周部空気孔出口に保炎した火炎で囲まれているため、高温の燃焼ガスによって燃焼反応が進行し、未燃分の排出が抑制される。   Next, F1out / A1out shown in FIG. 5 is within the range of the outer peripheral upper limit line 104 and the outer peripheral lower limit line 103, and F1in / A1in is higher than the inner peripheral upper limit line 102 or higher than the inner peripheral lower limit line 101. When it is low, the flame is held at the outer peripheral air hole outlet, while the flame is not held around the inner peripheral air hole outlet. For this reason, the flame which the inner peripheral part floated is formed. However, even if the inner periphery rises, the surroundings are surrounded by a flame that holds the flame at the F1 burner outer periphery air hole outlet, so the combustion reaction proceeds with the high-temperature combustion gas and the discharge of unburned matter is suppressed. Is done.

一方、図5に示すF1in/A1inが内周部上限線102よりも高いか、内周部下限線101よりも低く、かつF1out/A1outも外周部上限線104よりも高いか、外周部下限線103よりも低い場合いは、空気孔出口に火炎が保炎できず、失火するかリフトし、リフトする場合は火炎位置が定まらず大きな圧力変動が生じる恐れがある。   On the other hand, whether F1in / A1in shown in FIG. 5 is higher than the inner peripheral upper limit line 102, lower than the inner peripheral lower limit line 101, and F1out / A1out is higher than the outer peripheral upper limit line 104, or the outer peripheral lower limit line. If it is lower than 103, the flame cannot be held at the air hole outlet, and it may misfire or lift, and if it is lifted, the flame position may not be determined and a large pressure fluctuation may occur.

以上のF1バーナ66の局所燃空比に対する火炎形態の説明から、F1バーナ66の局所燃空比を図5に示す安定燃焼範囲107の内側と安定燃焼範囲108の内側に設定することで、未燃分と燃焼振動の発生を抑制し、安定に燃焼させることができる。   From the above description of the flame form with respect to the local fuel-air ratio of the F1 burner 66, the local fuel-air ratio of the F1 burner 66 is set to the inside of the stable combustion range 107 and the inside of the stable combustion range 108 shown in FIG. Generation of fuel and combustion vibrations can be suppressed, and combustion can be performed stably.

また、F1in/A1in<F1out/A1outである安定燃焼範囲107では、F1in/A1inが内周下限線101より低くても、F1out/A1outが外周部上限線104と外周部下限線103の間に入っていれば未燃分の排出を抑制しつつ安定に燃焼することができる。このため、安定燃焼範囲108より安定燃焼範囲107の方がより広範囲に安定燃焼させることができ、F1バーナ66の運用性をさらに向上させることができる。   Further, in the stable combustion range 107 where F1in / A1in <F1out / A1out, even if F1in / A1in is lower than the inner peripheral lower limit line 101, F1out / A1out falls between the outer peripheral upper limit line 104 and the outer peripheral lower limit line 103. If it does, it can combust stably, suppressing discharge | emission of an unburned part. For this reason, the stable combustion range 107 can be stably burned in a wider range than the stable combustion range 108, and the operability of the F1 burner 66 can be further improved.

安定燃焼範囲107で運用する場合、F1in/A1inに比べF1out/A1outの運用できる範囲が広い。本実施の形態では、図3に示すようにF1バーナ内周部66aに対しF1バーナ外周部66bの空気孔数を多くし、F1バーナ外周部66bに流入する空気量の総量を多くしている。このため、F1バーナ66を安定に運用できるF1outの流量範囲を拡大することができ、F1バーナ66全体の燃焼負荷量を広い範囲にとることができる。この結果、F1バーナ66の運用性を高めることができる。   When operating in the stable combustion range 107, the range in which F1out / A1out can be operated is wider than F1in / A1in. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the number of air holes in the F1 burner outer peripheral portion 66b is increased with respect to the F1 burner inner peripheral portion 66a, and the total amount of air flowing into the F1 burner outer peripheral portion 66b is increased. . For this reason, the flow range of F1out in which the F1 burner 66 can be stably operated can be expanded, and the combustion load amount of the entire F1 burner 66 can be set in a wide range. As a result, the operability of the F1 burner 66 can be improved.

次に、図4に戻り、F1バーナ66の局所燃空比の設定について説明する。
本実施の形態におけるF1バーナ66は、図4に示すようにF1バーナ内周部66aに対応した内周燃料ノズル25aと、F1バーナ外周部66bに対応した外周燃料ノズル25bとに供給する燃料の配分を調整するために内周オリフィス22a、外周オリフィス22bとがそれぞれ設けられている。
Next, returning to FIG. 4, the setting of the local fuel-air ratio of the F1 burner 66 will be described.
The F1 burner 66 in the present embodiment, as shown in FIG. 4, is a fuel supplied to an inner peripheral fuel nozzle 25a corresponding to the F1 burner inner peripheral portion 66a and an outer peripheral fuel nozzle 25b corresponding to the F1 burner outer peripheral portion 66b. In order to adjust the distribution, an inner peripheral orifice 22a and an outer peripheral orifice 22b are provided.

ここで、内周燃料ノズル25aに設けた内周オリフィス22aの直径をDin、外周燃料ノズル25bに設けた外周オリフィス22bの直径をDoutと定義すると、本実施の形態においては、Din<Doutとなるように設定している。   Here, when the diameter of the inner peripheral orifice 22a provided in the inner peripheral fuel nozzle 25a is defined as Din and the diameter of the outer peripheral orifice 22b provided in the outer peripheral fuel nozzle 25b is defined as Dout, in this embodiment, Din <Dout. It is set as follows.

図4に示すように、内周燃料ノズル25aと外周燃料ノズル25bとは同一の燃料ヘッダ23に接続されているため、F1in<F1outとなる。一方、F1バーナ内周部66aに配置した内周空気孔32aの直径DainとF1バーナ内周部66bに配置した外周空気孔32bの直径Daoutとは同一径としているため、それぞれの空気孔32a、32bに流入する空気量A1inとA1outとは同じ値となる。この結果、本実施の形態の構成によれば、F1in/A1in<F1out/A1outとすることができる。   As shown in FIG. 4, since the inner peripheral fuel nozzle 25a and the outer peripheral fuel nozzle 25b are connected to the same fuel header 23, F1in <F1out. On the other hand, since the diameter Dain of the inner peripheral air hole 32a arranged in the F1 burner inner peripheral part 66a and the diameter Daout of the outer peripheral air hole 32b arranged in the F1 burner inner peripheral part 66b have the same diameter, each air hole 32a, The amount of air A1in and A1out flowing into 32b is the same value. As a result, according to the configuration of the present embodiment, F1in / A1in <F1out / A1out.

本実施の形態のように、燃料ノズル25a、25bに設けたオリフィス22a、22bの直径でF1バーナ66の局所燃空比をF1in/A1in<F1out/A1outとなるように設定した場合、各燃料ノズルおよび空気孔の流量配分は常に一定となる。このため、例えば図5に示すF1バーナ運転線109上でF1バーナ66の燃空比条件を設定することができ、そのうち安定燃焼範囲110で、未燃分の排出を抑制しつつ、安定燃焼させることができる。   When the local fuel-air ratio of the F1 burner 66 is set to satisfy F1in / A1in <F1out / A1out with the diameters of the orifices 22a and 22b provided in the fuel nozzles 25a and 25b as in the present embodiment, each fuel nozzle The flow distribution of the air holes is always constant. For this reason, for example, the fuel-air ratio condition of the F1 burner 66 can be set on the F1 burner operation line 109 shown in FIG. 5, and the stable combustion range 110 among them allows stable combustion while suppressing the discharge of unburned fuel. be able to.

次に、F1バーナ66の局所燃空比の設定の他の例について図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およびその制御方法の第1の実施の形態を構成するF1バーナの他の例を示す詳細側断面図、図8は図7に示すF1バーナの他の例を燃焼室側から見た正面図である。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, another example of setting the local fuel-air ratio of the F1 burner 66 will be described with reference to FIGS. 7 is a detailed side sectional view showing another example of the F1 burner constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and its control method of the present invention, and FIG. 8 is another example of the F1 burner shown in FIG. It is the front view which looked at from the combustion chamber side. 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.

図7及び図8に示すように、F1バーナ66の局所燃空比の設定の他の例として、燃料ノズル25a、25bに設けたオリフィス22a、22bの直径は内周と外周とで同じ大きさとし、燃料ノズル1本あたりに供給する燃料流量を同じとする一方で、内周空気孔32aの直径Dainを外周空気孔32bの直径Daoutより大きくしてもよい。この場合でも、内周空気孔に流入する空気量を外周空気孔に流入する空気量よりも多くすることでF1in/A1in<F1out/A1outとすることができる。   As shown in FIGS. 7 and 8, as another example of setting the local fuel-air ratio of the F1 burner 66, the diameters of the orifices 22a and 22b provided in the fuel nozzles 25a and 25b are the same on the inner periphery and the outer periphery. While the fuel flow rate supplied per fuel nozzle is the same, the diameter Dain of the inner peripheral air hole 32a may be larger than the diameter Daout of the outer peripheral air hole 32b. Even in this case, it is possible to satisfy F1in / A1in <F1out / A1out by making the amount of air flowing into the inner peripheral air hole larger than the amount of air flowing into the outer peripheral air hole.

本実施の形態のように燃料ノズル25a、25bを空気孔内部に挿入している場合、空気の流入量を調節する手段として、空気孔径を変えるほかに燃料ノズル25a、25bの外径を変えてもよい。F1in/A1in<F1out/A1outとするには、例えば空気孔径および燃料ノズルのオリフィス径を一定とした場合、F1バーナの内周燃料ノズル25aの先端部の外径を外周燃料ノズル25bの先端部の外径より小さくし、内周空気孔32aの流路断面積を外周空気孔32bの流路断面積より大きくしても良い。   In the case where the fuel nozzles 25a and 25b are inserted into the air holes as in the present embodiment, in addition to changing the air hole diameter, the outer diameters of the fuel nozzles 25a and 25b are changed as means for adjusting the inflow amount of air. Also good. In order to satisfy F1in / A1in <F1out / A1out, for example, when the air hole diameter and the orifice diameter of the fuel nozzle are constant, the outer diameter of the front end portion of the inner peripheral fuel nozzle 25a of the F1 burner is set to the end portion of the outer peripheral fuel nozzle 25b. The flow path cross-sectional area of the inner peripheral air hole 32a may be larger than the flow path cross-sectional area of the outer peripheral air hole 32b.

上述した本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態によれば、ガスタービンの起動/昇速時の未燃分の排出と燃焼振動を抑制することができるので、起動用のF1バーナ66の運用範囲を拡大することができる。この結果、ガスタービンの回転数を安定して増加し得るガスタービン燃焼器およびその制御方法を提供できる。   According to the first embodiment of the gas turbine combustor and its control method of the present invention described above, since it is possible to suppress discharge of unburned fuel and combustion vibration at the time of start-up / acceleration of the gas turbine, The operating range of the F1 burner 66 for use can be expanded. As a result, it is possible to provide a gas turbine combustor that can stably increase the rotational speed of the gas turbine and a control method therefor.

また、上述した本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第1の実施の形態によれば、燃料の系統数が少なく、簡便な構造によって、ガスタービンの起動/昇速時の未燃分の排出と燃焼振動を抑制することができる。   Further, according to the first embodiment of the gas turbine combustor and the control method thereof according to the present invention described above, the number of fuel systems is small, and the unburned portion at the time of start-up / acceleration of the gas turbine is achieved with a simple structure. Discharge and combustion vibration can be suppressed.

以下、本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態を図面を用いて説明する。図9は本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態の要部の側断面図を燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図と併せて表した概略構成図、図10は本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態を構成する空気孔プレートの一例を燃焼室側から見た正面図、図11は本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態を構成するF1バーナの全バーナ火炎形成時における火炎形態を示す特性図である。図9乃至図11において、図1乃至図8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 control method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a side sectional view of a main part of a gas turbine combustor and a control method thereof according to the second embodiment of the present invention together with a situation diagram showing a flow of combustion gas in the combustion chamber, 10 is a front view of an example of an air hole plate constituting the second embodiment of the gas turbine combustor and the control method thereof according to the present invention viewed from the combustion chamber side, and FIG. 11 is the gas turbine combustor of the present invention and the air turbine plate thereof. It is a characteristic view which shows the flame form at the time of all the burner flame formation of F1 burner which comprises 2nd Embodiment of a control method. 9 to 11, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 8 are the same parts, and thus detailed description thereof is omitted.

図9及び図10に示す本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、F1バーナ66において、燃料ヘッダ23を内周燃料ヘッダ23aと外周燃料ヘッダ23bとに区分けして設けている。内周燃料ヘッダ23aは、F1バーナ内周部66aに対応した内周燃料ノズル25aに燃料を供給するもので、内周側燃料流量調整弁61aが設けられた内周燃料系統51aが接続されている。同様に、外周燃料ヘッダ23bは、F1バーナ外周部66bに対応した外周燃料ノズル25bに燃料を供給するもので、外周側燃料流量調整弁61bが設けられた外周燃料系統51bが接続されている。   The second embodiment of the gas turbine combustor and the control method thereof according to the present invention shown in FIGS. 9 and 10 is composed of almost the same equipment as the first embodiment, but differs in the following construction. In the present embodiment, in the F1 burner 66, the fuel header 23 is divided into an inner peripheral fuel header 23a and an outer peripheral fuel header 23b. The inner peripheral fuel header 23a supplies fuel to the inner peripheral fuel nozzle 25a corresponding to the F1 burner inner peripheral portion 66a, and is connected to an inner peripheral fuel system 51a provided with an inner peripheral fuel flow rate adjustment valve 61a. Yes. Similarly, the outer peripheral fuel header 23b supplies fuel to the outer peripheral fuel nozzle 25b corresponding to the F1 burner outer peripheral portion 66b, and is connected to an outer peripheral fuel system 51b provided with an outer peripheral fuel flow rate adjusting valve 61b.

制御装置65は、内周側燃料流量調整弁61aと外周側燃料流量調整弁61bとを個別に開度調節することで、F1バーナ内周部66aとF1バーナ外周部66bに供給する燃料流量を別々に制御できる。   The control device 65 individually adjusts the opening of the inner peripheral fuel flow rate adjustment valve 61a and the outer peripheral fuel flow rate adjustment valve 61b, so that the fuel flow rate supplied to the F1 burner inner peripheral portion 66a and the F1 burner outer peripheral portion 66b is adjusted. Can be controlled separately.

本実施例の形態においては、このように、制御装置65でF1バーナ内周部66aとF1バーナ外周部66bとの局所燃空比を調節することができるため、第1の実施の形態のように燃料ノズル25a、25bに設けたオリフィス22a、22bや空気孔32a、32bの直径をF1バーナ内周部66aとF1バーナ外周部66bとで変える必要がない。   In this embodiment, since the local fuel-air ratio between the F1 burner inner peripheral portion 66a and the F1 burner outer peripheral portion 66b can be adjusted by the control device 65 in this way, as in the first embodiment. Further, it is not necessary to change the diameters of the orifices 22a and 22b and the air holes 32a and 32b provided in the fuel nozzles 25a and 25b between the F1 burner inner peripheral portion 66a and the F1 burner outer peripheral portion 66b.

本実施の形態においても、F1バーナ66の火炎形態は、図5の特性で整理することができる。F1バーナの内周空気孔32a出口に火炎が保炎する条件は、図5に示す内周部下限線101と内周部上限線102の2つの線の間に限られ、同様にF1バーナ外周空気孔32b出口に火炎が保炎する条件は、外周部下限線103と外周部上限線104の2つの線の間に限られる。   Also in this embodiment, the flame form of the F1 burner 66 can be organized by the characteristics shown in FIG. The conditions for holding the flame at the outlet of the inner peripheral air hole 32a of the F1 burner are limited to the two lines of the inner peripheral lower limit line 101 and the inner peripheral upper limit line 102 shown in FIG. The condition that the flame is held at the outlet of the air hole 32b is limited to between the outer peripheral portion lower limit line 103 and the outer peripheral portion upper limit line 104.

一方、内周部上限線102、内周部下限線101、外周部上限線104、外周部下限線103に囲まれた範囲では、すべての空気孔の出口に火炎が保炎する。このため、タービン起動/昇速時のようにF1バーナ66単独で燃焼する場合に、図9に示すようにF2バーナ67からの空気噴流17がF1バーナ66の下流に向かって流入してもF1バーナ66からの予混合気噴流18は十分に燃焼反応が進行し、未燃分の排出を抑制することができる。   On the other hand, in the range surrounded by the inner peripheral upper limit line 102, the inner peripheral lower limit line 101, the outer peripheral upper limit line 104, and the outer peripheral lower limit line 103, flames are held at the outlets of all the air holes. For this reason, even when the F1 burner 66 alone burns at the time of turbine start-up / acceleration, even if the air jet 17 from the F2 burner 67 flows downstream of the F1 burner 66 as shown in FIG. The premixed gas jet 18 from the burner 66 has a sufficiently advanced combustion reaction and can suppress the discharge of unburned matter.

しかし、図5のF1バーナ内周部局所燃空比F1in/A1inとF1バーナ外周部局所燃空比F1out/A1outとがほぼ一致する条件105では、第1の実施の形態の場合と同様にF1バーナ66全体で火炎の形成位置が同じで、かつ局所燃空比がほぼ同じであることから火炎が一様に変動しやすくなる。このため、火炎が変動することによって燃焼室5内の圧力が変動し、燃焼室5の圧力変動によってF1バーナ66に供給する燃料流量が変動し、さらに火炎が変動する。この結果、圧力変動と火炎変動がお互いに増幅し合って、燃焼振動が発生する可能性が生じる。   However, under the condition 105 in which the F1 burner inner periphery local fuel / air ratio F1in / A1in and the F1 burner outer periphery local fuel / air ratio F1out / A1out in FIG. 5 substantially coincide with each other, as in the case of the first embodiment, F1 Since the flame formation position is the same in the entire burner 66 and the local fuel-air ratio is substantially the same, the flame is likely to fluctuate uniformly. For this reason, when the flame fluctuates, the pressure in the combustion chamber 5 fluctuates, the flow rate of the fuel supplied to the F1 burner 66 fluctuates due to the pressure fluctuation of the combustion chamber 5, and the flame fluctuates further. As a result, there is a possibility that the pressure fluctuation and the flame fluctuation are amplified to each other and combustion vibration is generated.

そこで、本実施の形態においては、内周側燃料流量調整弁61aと外周側燃料流量調節弁61bの開度を調整して、F1in/A1in=F1out/A1outの近傍条件105を避けてF1バーナ66を運用することにより、燃焼振動の発生を回避できる。具体的には、F1バーナ内周部66aとF1バーナ外周部66bとで局所燃空比をオフセットすることにより、内周部と外周部とで燃焼速度に差が生じ、火炎が変動した際に、火炎が変動して圧力が変動する変動時間にずれが生じる。このことにより、内周部と外周部とが同一周期で変動することを防止できるので、燃焼振動が抑制される。   Therefore, in the present embodiment, the opening degree of the inner peripheral fuel flow rate adjusting valve 61a and the outer peripheral fuel flow rate adjusting valve 61b is adjusted to avoid the proximity condition 105 of F1in / A1in = F1out / A1out and the F1 burner 66. Can be used to avoid the occurrence of combustion vibration. Specifically, when the local fuel-air ratio is offset between the F1 burner inner peripheral portion 66a and the F1 burner outer peripheral portion 66b, a difference in combustion speed occurs between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and the flame changes. The fluctuation time when the pressure fluctuates as the flame fluctuates. As a result, it is possible to prevent the inner peripheral portion and the outer peripheral portion from fluctuating in the same cycle, so that combustion vibration is suppressed.

次に、F1in/A1inは内周部上限線102と内周部下限線101の範囲内で、F1out/A1outは外周部上限線104よりも高いか、外周部下限線103よりも低い場合について説明する。この場合、内周空気孔出口には火炎が保炎する一方、外周空気孔出口周囲には火炎は保炎しないため、円錐状の火炎が形成される。このため、F1out/A1outが外周部下限線103よりも低い場合に、起動/昇速時のようにF1バーナ66単独で燃焼する際、F1バーナ66の外周部空気孔から噴出された予混合気噴流18は、燃焼反応が十分に進行する前にF2バーナ67から噴出された空気噴流17によって希釈される。このことにより、さらに燃空比が低下して燃焼反応が進行せず、未燃分が大量に発生する。   Next, a case where F1in / A1in is within the range of the inner periphery upper limit line 102 and the inner periphery lower limit line 101 and F1out / A1out is higher than the outer periphery upper limit line 104 or lower than the outer periphery lower limit line 103 will be described. To do. In this case, a flame is held at the inner peripheral air hole outlet, whereas a flame is not held around the outer peripheral air hole outlet, so that a conical flame is formed. For this reason, when F1out / A1out is lower than the outer peripheral lower limit line 103, when the F1 burner 66 is burned alone as in the startup / acceleration, the premixed gas jetted from the outer peripheral air hole of the F1 burner 66 The jet 18 is diluted by the air jet 17 ejected from the F2 burner 67 before the combustion reaction proceeds sufficiently. As a result, the fuel-air ratio further decreases, the combustion reaction does not proceed, and a large amount of unburned matter is generated.

一方、F1out/A1outが外周部上限線104よりも高い場合には、燃焼反応が十分に進行する前にF2バーナ67から噴出された空気噴流17によって希釈されたとしても、燃焼反応が進行するために十分な燃空比となっているので、内周部空気孔出口に形成された火炎の燃焼ガスによって外周部空気孔から噴出された予混合気噴流18も燃焼反応が進行し、未燃分の排出は抑制される。   On the other hand, when F1out / A1out is higher than the outer peripheral upper limit line 104, the combustion reaction proceeds even if diluted by the air jet 17 ejected from the F2 burner 67 before the combustion reaction sufficiently proceeds. Therefore, the premixed gas jet 18 ejected from the outer peripheral air hole by the combustion gas of the flame formed at the outlet of the inner peripheral air hole also undergoes the combustion reaction, and the unburned component Emissions are suppressed.

次に、図5に示すF1out/A1outは外周部上限線104と外周部下限線103の範囲内で、F1in/A1inは内周部上限線102よりも高いか、内周部下限線101よりも低い場合は、外周空気孔出口には火炎が保炎する一方、内周空気孔出口周囲には火炎は保炎しない。このため、内周部が浮き上がった火炎が形成される。しかし、内周部が浮き上がったとしても、周囲をF1バーナ外周部空気孔出口に保炎した火炎で囲まれているため、高温の燃焼ガスによって燃焼反応が進行し、未燃分の排出が抑制される。   Next, F1out / A1out shown in FIG. 5 is within the range of the outer peripheral upper limit line 104 and the outer peripheral lower limit line 103, and F1in / A1in is higher than the inner peripheral upper limit line 102 or higher than the inner peripheral lower limit line 101. When it is low, the flame is held at the outer peripheral air hole outlet, while the flame is not held around the inner peripheral air hole outlet. For this reason, the flame which the inner peripheral part floated is formed. However, even if the inner periphery rises, the surroundings are surrounded by a flame that holds the flame at the F1 burner outer periphery air hole outlet, so the combustion reaction proceeds with the high-temperature combustion gas and the discharge of unburned matter is suppressed. Is done.

一方、図5に示すF1in/A1inが内周部上限線102よりも高いか、内周部下限線101よりも低く、かつF1out/A1outも外周部上限線104よりも高いか、外周部下限線103よりも低い場合いは、空気孔出口に火炎が保炎できず、失火するかリフトし、リフトする場合は火炎位置が定まらず大きな圧力変動が生じる恐れがある。   On the other hand, whether F1in / A1in shown in FIG. 5 is higher than the inner peripheral upper limit line 102, lower than the inner peripheral lower limit line 101, and F1out / A1out is higher than the outer peripheral upper limit line 104, or the outer peripheral lower limit line. If it is lower than 103, the flame cannot be held at the air hole outlet, and it may misfire or lift, and if it is lifted, the flame position may not be determined and a large pressure fluctuation may occur.

以上のF1バーナ66の局所燃空比に対する火炎形態の説明から、F1バーナ66の局所燃空比を図5に示す安定燃焼範囲107の内側と安定燃焼範囲108の内側に設定することで、未燃分と燃焼振動の発生を抑制し、安定に燃焼させることができる。
また、F1in/A1in<F1out/A1outである安定燃焼範囲107では、F1in/A1inが内周下限線101より低くても、F1out/A1outが外周部上限線104と外周部下限線103の間に入っていれば未燃分の排出を抑制しつつ安定に燃焼することができる。このため、安定燃焼範囲108より安定燃焼範囲107の方がより広範囲に安定燃焼させることができ、F1バーナ66の運用性をさらに向上させることができる。
From the above description of the flame form with respect to the local fuel-air ratio of the F1 burner 66, the local fuel-air ratio of the F1 burner 66 is set to the inside of the stable combustion range 107 and the inside of the stable combustion range 108 shown in FIG. Generation of fuel and combustion vibrations can be suppressed, and combustion can be performed stably.
Further, in the stable combustion range 107 where F1in / A1in <F1out / A1out, even if F1in / A1in is lower than the inner peripheral lower limit line 101, F1out / A1out falls between the outer peripheral upper limit line 104 and the outer peripheral lower limit line 103. If it does, it can combust stably, suppressing discharge | emission of an unburned part. For this reason, the stable combustion range 107 can be stably burned in a wider range than the stable combustion range 108, and the operability of the F1 burner 66 can be further improved.

安定燃焼範囲107で運用する場合、F1in/A1inに比べF1out/A1outの運用できる範囲が広い。本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、図10に示すようにF1バーナ内周部66aの空気孔数よりF1バーナ外周部66bの空気孔数を多くし、F1バーナ外周部66bに流入する空気量の総量を多くしている。このため、F1バーナ66を安定に運用できるF1outの流量範囲を拡大することができ、F1バーナ66全体の燃焼負荷量を広い範囲にとることができる。この結果、F1バーナ66の運用性を高めることができる。   When operating in the stable combustion range 107, the range in which F1out / A1out can be operated is wider than F1in / A1in. In the present embodiment, as in the first embodiment, as shown in FIG. 10, the number of air holes in the F1 burner outer peripheral portion 66b is made larger than the number of air holes in the F1 burner inner peripheral portion 66a, and the F1 burner outer peripheral portion The total amount of air flowing into 66b is increased. For this reason, the flow range of F1out in which the F1 burner 66 can be stably operated can be expanded, and the combustion load amount of the entire F1 burner 66 can be set in a wide range. As a result, the operability of the F1 burner 66 can be improved.

次に、全バーナ火炎形成時におけるF1バーナの火炎形態について説明する。第1の実施の形態で説明したタービン起動/昇速時において、F1in/A1inが図5に示す内周部上限線102と内周部下限線101の範囲内で、F1out/A1outが外周部下限線103より小さい場合には、前述したように未燃分が大量に発生してしまう。しかし、定格負荷条件など、F2バーナ67のすべてに火炎が形成されているような場合には、F1バーナの外周部空気孔32bから噴出される予混合気18が希釈されて未燃分が大量排出されることがないので、このような条件内でも安定に燃焼させることができる。   Next, the flame form of the F1 burner when all the burner flames are formed will be described. At the time of turbine startup / acceleration described in the first embodiment, F1in / A1in is within the range of the inner peripheral upper limit line 102 and the inner peripheral lower limit line 101 shown in FIG. 5, and F1out / A1out is the outer peripheral lower limit. If it is smaller than the line 103, a large amount of unburned matter is generated as described above. However, when a flame is formed in all of the F2 burner 67 such as the rated load condition, the premixed gas 18 ejected from the outer peripheral air hole 32b of the F1 burner is diluted and a large amount of unburned fuel is produced. Since it is not discharged, it can be stably burned even under such conditions.

このような、全バーナ火炎形成時におけるF1バーナの火炎形態を図11に示している。図11に示すように、F1in/A1in>F1out/A1outの安定燃焼範囲108は、図5に示す起動/昇速時における安定燃焼範囲108に比べて拡大している。   FIG. 11 shows the flame form of the F1 burner when such all-burner flame is formed. As shown in FIG. 11, the stable combustion range 108 of F1in / A1in> F1out / A1out is expanded as compared with the stable combustion range 108 at the time of startup / acceleration shown in FIG.

本実施の形態においては、F1バーナ内周部66aに配置した内周空気孔32aの開口面積をF1バーナ外周部66bに配置した外周空気孔32bの開口面積より小さくすると共に、F1バーナの内周燃料ノズル25aとF1バーナの外周燃料ノズル25bとに供給する燃料の比率を自由に変えることができる。このことにより、定格負荷条件では図11に示す安定燃焼範囲108内で運用し、F1in/A1in>F1out/A1outとすることで燃空比が高くなる予混合気量を最小限とすることができる。この結果、NOx排出量を最小限とすることができる。   In the present embodiment, the opening area of the inner peripheral air hole 32a arranged in the F1 burner inner peripheral part 66a is made smaller than the opening area of the outer peripheral air hole 32b arranged in the F1 burner outer peripheral part 66b, and the inner periphery of the F1 burner The ratio of the fuel supplied to the fuel nozzle 25a and the outer peripheral fuel nozzle 25b of the F1 burner can be freely changed. As a result, under the rated load condition, the premixed gas amount that increases the fuel-air ratio can be minimized by operating within the stable combustion range 108 shown in FIG. 11 and satisfying F1in / A1in> F1out / A1out. . As a result, the NOx emission amount can be minimized.

上述した本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   According to the second embodiment of the gas turbine combustor and its control method of the present invention described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

また、上述した本発明のガスタービン燃焼器およびその制御方法の第2の実施の形態によれば、F1バーナ66の内周部と外周部に供給する燃料配分を内周側燃料流量調整弁61aと外周側燃料流量調節弁61bの開度で制御できるので、起動/昇速時における安定燃焼範囲108を確保できると共に、定格負荷条件時においても、拡大した安定燃焼範囲108での運転が可能となる。この結果、全運転範囲においてNOx排出量を最小限とすることができる。   Further, according to the second embodiment of the gas turbine combustor and the control method thereof according to the present invention described above, the fuel distribution supplied to the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the F1 burner 66 is distributed to the inner peripheral fuel flow rate adjusting valve 61a. Therefore, the stable combustion range 108 at the time of start-up / acceleration can be secured, and operation in the expanded stable combustion range 108 is possible even under rated load conditions. Become. As a result, the NOx emission amount can be minimized in the entire operation range.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.

1 圧縮機
2 燃焼器
3 タービン
4 ケーシング
5 燃焼室
6 マルチバーナ
7 シャフト
8 発電機
9 ガスタービンプラント
10 燃焼器ライナ
11 フロースリーブ
12 尾筒内筒
13 尾筒外筒
15 吸い込み空気
16 高圧空気
17 空気噴流
18 予混合気噴流
19 高温燃焼ガス
20 排気ガス
22 オリフィス
22a 内周オリフィス
22b 外周オリフィス
23 燃料ヘッダ
23a 内周燃料ヘッダ
23b 外周燃料ヘッダ
25 燃料ノズル
25a 内周燃料ノズル
25b 外周燃料ノズル
31 空気孔プレート
32 空気孔
32a 内周空気孔
32b 外周空気孔
40 旋回流
41 循環流
42 火炎
44 バーナ中心軸
50 ガス燃料
51 燃料系統
51a 第1燃料系統
51b 第2燃料系統
52、53 燃料系統
60 燃料遮断弁
61 燃料流量調節弁
61a 第1燃料流量調整弁
61b 第2燃料流量調整弁
62、63 燃料流量調節弁
65 制御装置
66 F1バーナ
66a F1バーナ内周部
66b F1バーナ外周部
67 F2バーナ
101 F1バーナ内周部局所燃空比下限線
102 F1バーナ内周部局所燃空比上限線
103 F1バーナ外周部局所燃空比下限線
104 F1バーナ外周部局所燃空比上限線
105 F1バーナ内周部局所燃空比と外周部局所燃空比が等しくなる条件
107 安定燃焼領域
108 安定燃焼領域
109 F1バーナ運転線
110 F1バーナ安定燃焼運転範囲
111 F1バーナ内周部量論混合比条件
112 F1バーナ外周部量論混合比条件
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Combustor 3 Turbine 4 Casing 5 Combustion chamber 6 Multi burner 7 Shaft 8 Generator 9 Gas turbine plant 10 Combustor liner 11 Flow sleeve 12 Cylinder inner cylinder 13 Cylinder outer cylinder 15 Suction air 16 High pressure air 17 Air Jet 18 Premixed gas jet 19 High temperature combustion gas 20 Exhaust gas 22 Orifice 22a Inner peripheral orifice 22b Outer peripheral orifice 23 Fuel header 23a Inner peripheral fuel header 23b Outer peripheral fuel header 25 Fuel nozzle 25a Inner peripheral fuel nozzle 25b Outer peripheral fuel nozzle 31 Air hole plate 32 Air hole 32a Inner peripheral air hole 32b Outer peripheral air hole 40 Swirling flow 41 Circulating flow 42 Flame 44 Burner central shaft 50 Gas fuel 51 Fuel system 51a First fuel system 51b Second fuel system 52, 53 Fuel system 60 Fuel shut-off valve 61 Fuel flow control valve 61a First fuel flow rate Adjusting valve 61b Second fuel flow rate adjusting valve 62, 63 Fuel flow rate adjusting valve 65 Control device 66 F1 burner 66a F1 burner inner periphery 66b F1 burner outer periphery 67 F2 burner 101 F1 burner inner periphery local fuel-air ratio lower limit line 102 F1 Burner inner periphery local fuel-air ratio upper limit line 103 F1 burner outer periphery local fuel-air ratio lower limit line 104 F1 burner outer periphery local fuel-air ratio upper limit line 105 F1 burner inner periphery local fuel-air ratio and outer periphery local fuel-air ratio Equal condition 107 Stable combustion region 108 Stable combustion region 109 F1 burner operation line 110 F1 burner stable combustion operation range 111 F1 burner inner periphery stoichiometric mixture ratio condition 112 F1 burner outer periphery stoichiometric mixture ratio condition

Claims (8)

供給された燃料と供給された空気とを混合して燃焼させる円筒状の燃焼室と、前記燃焼室の上流側に位置し前記燃焼室に空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に配置され前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に前記燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルと前記複数の空気孔とがそれぞれ対となるように配置して構成される複数のバーナと、前記複数のバーナのうち前記燃焼室に面して前記空気孔プレートの軸中心に配置した起動用のF1バーナと、前記F1バーナの外周部に複数個配置したF2バーナとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記F1バーナの前記燃料ノズルと前記空気孔とは複数列の円周上に配置され、前記F1バーナの前記空気孔は半径方向内側に配置された内周部空気孔と前記内周部空気孔の外周側に配置された外周部空気孔とを備え、
前記F1バーナは、前記内周部空気孔に対応して配置される内周部燃料ノズルと、前記外周部空気孔に対応して配置される外周部燃料ノズルと、前記内周部燃料ノズルと前記外周部燃料ノズルとに燃料を供給する燃料ヘッダと、前記燃料ヘッダと前記内周部燃料ノズルとを連通する内周オリフィスと、前記燃料ヘッダと前記外周部燃料ノズルとを連通する外周オリフィスとを備え、
前記内周オリフィスの直径が前記外周オリフィスの直径よりも小さく、前記内周部空気孔の出口における燃空比が、前記外周部空気孔の出口における燃空比よりも小さいことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A cylindrical combustion chamber in which the supplied fuel and supplied air are mixed and burned, and an air hole plate which is located upstream of the combustion chamber and has a plurality of air holes for supplying air to the combustion chamber A plurality of fuel nozzles that are arranged upstream of the air hole plate and supply the fuel to a plurality of air holes formed in the air hole plate, and the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes respectively A plurality of burners arranged so as to be, an F1 burner for activation arranged at the axial center of the air hole plate facing the combustion chamber among the plurality of burners, and an outer periphery of the F1 burner In the gas turbine combustor provided with a plurality of F2 burners arranged in the section,
The fuel nozzles and the air holes of the F1 burner are arranged on a plurality of rows of circles, and the air holes of the F1 burner are arranged on the radially inner side and the inner peripheral part air holes. An outer peripheral air hole arranged on the outer peripheral side of the
The F1 burner includes an inner peripheral fuel nozzle disposed corresponding to the inner peripheral air hole, an outer peripheral fuel nozzle disposed corresponding to the outer peripheral air hole, and the inner peripheral fuel nozzle. A fuel header that supplies fuel to the outer peripheral fuel nozzle, an inner peripheral orifice that communicates the fuel header and the inner peripheral fuel nozzle, and an outer peripheral orifice that communicates the fuel header and the outer peripheral fuel nozzle; With
Rather smaller than the diameter of the inner peripheral orifice diameter of the outer peripheral orifice, fuel-air ratio at the exit of the inner peripheral portion air holes may be smaller than the fuel-air ratio at the exit of the outer peripheral portion air hole Gas turbine combustor.
供給された燃料と供給された空気とを混合して燃焼させる円筒状の燃焼室と、前記燃焼室の上流側に位置し前記燃焼室に空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に配置され前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に前記燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルと前記複数の空気孔とがそれぞれ対となるように配置して構成される複数のバーナと、前記複数のバーナのうち前記燃焼室に面して前記空気孔プレートの軸中心に配置した起動用のF1バーナと、前記F1バーナの外周部に複数個配置したF2バーナとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記F1バーナの前記燃料ノズルと前記空気孔とは複数列の円周上に配置され、前記F1バーナの前記空気孔は半径方向内側に配置された内周部空気孔と前記内周部空気孔の外周側に配置された外周部空気孔とを備え、
前記F1バーナの内周部空気孔の直径が、前記F1バーナの外周部空気孔の直径よりも大きく、前記内周部空気孔の出口における燃空比が、前記外周部空気孔の出口における燃空比よりも小さいことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A cylindrical combustion chamber in which the supplied fuel and supplied air are mixed and burned, and an air hole plate which is located upstream of the combustion chamber and has a plurality of air holes for supplying air to the combustion chamber A plurality of fuel nozzles that are arranged upstream of the air hole plate and supply the fuel to a plurality of air holes formed in the air hole plate, and the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes respectively A plurality of burners arranged so as to be, an F1 burner for activation arranged at the axial center of the air hole plate facing the combustion chamber among the plurality of burners, and an outer periphery of the F1 burner In the gas turbine combustor provided with a plurality of F2 burners arranged in the section,
The fuel nozzles and the air holes of the F1 burner are arranged on a plurality of rows of circles, and the air holes of the F1 burner are arranged on the radially inner side and the inner peripheral part air holes. An outer peripheral air hole arranged on the outer peripheral side of the
The diameter of the inner peripheral portion air hole of the F1 burner, the F1 burner outer peripheral portion much larger than the diameter of the air holes of the fuel-air ratio at the exit of the inner peripheral portion air hole, at the outlet of the outer peripheral portion air hole A gas turbine combustor characterized by being smaller than a fuel-air ratio .
供給された燃料と供給された空気とを混合して燃焼させる円筒状の燃焼室と、前記燃焼室の上流側に位置し前記燃焼室に空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に配置され前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に前記燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルと前記複数の空気孔とがそれぞれ対となるように配置して構成される複数のバーナと、前記複数のバーナのうち前記燃焼室に面して前記空気孔プレートの軸中心に配置した起動用のF1バーナと、前記F1バーナの外周部に複数個配置したF2バーナとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記F1バーナの前記燃料ノズルと前記空気孔とは複数列の円周上に配置され、前記F1バーナの前記空気孔は半径方向内側に配置された内周部空気孔と前記内周部空気孔の外周側に配置された外周部空気孔とを備え、
前記複数の空気孔には前記複数の燃料ノズルの先端がそれぞれ挿入されていて、
前記F1バーナは、前記内周部空気孔に対応して配置される内周部燃料ノズルと、前記外周部空気孔に対応して配置される外周部燃料ノズルとを備え、
前記F1バーナの内周部燃料ノズルの先端部の外径が、前記F1バーナの外周部燃料ノズルの先端部の外径よりも小さく、前記内周部空気孔の出口における燃空比が、前記外周部空気孔の出口における燃空比よりも小さいことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A cylindrical combustion chamber in which the supplied fuel and supplied air are mixed and burned, and an air hole plate which is located upstream of the combustion chamber and has a plurality of air holes for supplying air to the combustion chamber A plurality of fuel nozzles that are arranged upstream of the air hole plate and supply the fuel to a plurality of air holes formed in the air hole plate, and the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes respectively A plurality of burners arranged so as to be, an F1 burner for activation arranged at the axial center of the air hole plate facing the combustion chamber among the plurality of burners, and an outer periphery of the F1 burner In the gas turbine combustor provided with a plurality of F2 burners arranged in the section,
The fuel nozzles and the air holes of the F1 burner are arranged on a plurality of rows of circles, and the air holes of the F1 burner are arranged on the radially inner side and the inner peripheral part air holes. An outer peripheral air hole arranged on the outer peripheral side of the
The plurality of air holes are respectively inserted with tips of the plurality of fuel nozzles,
The F1 burner includes an inner peripheral fuel nozzle arranged corresponding to the inner peripheral air hole, and an outer peripheral fuel nozzle arranged corresponding to the outer peripheral air hole,
The outer diameter of the distal end portion of the inner peripheral portion the fuel nozzle of the F1 burner, the rather smaller than the outer diameter of the distal end portion of the outer peripheral portion the fuel nozzle of F1 burners, fuel-air ratio at the exit of the inner peripheral portion air holes, The gas turbine combustor characterized by being smaller than the fuel-air ratio in the exit of the said outer peripheral part air hole .
請求項1乃至のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器において、前記F1バーナの内周部空気孔の総開口面積が、前記F1バーナの外周部空気孔の総開口面積よりも小さいことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3, the total opening area of the inner peripheral portion air hole of the F1 burners is smaller than the total opening area of the outer peripheral portion air hole of the F1 burner A gas turbine combustor. 供給された燃料と供給された空気とを混合して燃焼させる円筒状の燃焼室と、前記燃焼室の上流側に位置し前記燃焼室に空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に配置され前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に前記燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルと前記複数の空気孔とがそれぞれ対となるように配置して構成される複数のバーナと、前記複数のバーナのうち前記燃焼室に面して前記空気孔プレートの軸中心に配置した起動用のF1バーナと、前記F1バーナの外周部に複数個配置したF2バーナとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記F1バーナの前記燃料ノズルと前記空気孔とは複数列の円周上に配置され、半径方向内側に配置されたF1バーナ内周部と前記F1バーナ内周部の外周側に配置されたF1バーナ外周部とを有しており
前記F1バーナ内周部の燃料ノズルに前記燃料を供給する第1燃料系統と、
前記F1バーナ外周部の燃料ノズルに前記燃料を供給する第2燃料系統と、
前記第1燃料系統に設けられ燃料流量を調整する第1流量調整弁と、
前記第2燃料系統に設けられ燃料流量を調整する第2流量調整弁と、
ガスタービンの起動/昇速時において、前記F1バーナ内周部空気孔の出口における燃空比が、前記F1バーナ外周部空気孔の出口における燃空比よりも小さくなるように前記第1流量調整弁と前記第2流量調整弁の開度を制御する制御装置を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A cylindrical combustion chamber in which the supplied fuel and supplied air are mixed and burned, and an air hole plate which is located upstream of the combustion chamber and has a plurality of air holes for supplying air to the combustion chamber A plurality of fuel nozzles that are arranged upstream of the air hole plate and supply the fuel to a plurality of air holes formed in the air hole plate, and the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes respectively A plurality of burners arranged so as to be, an F1 burner for activation arranged at the axial center of the air hole plate facing the combustion chamber among the plurality of burners, and an outer periphery of the F1 burner In the gas turbine combustor provided with a plurality of F2 burners arranged in the section,
The fuel nozzles and the air holes of the F1 burner are arranged on a plurality of rows of circumferences, and an F1 burner inner circumferential portion disposed on the radially inner side and an F1 disposed on the outer circumferential side of the F1 burner inner circumferential portion. It has a burner outer peripheral portion,
A first fuel system for supplying the fuel to a fuel nozzle in the inner periphery of the F1 burner;
A second fuel system for supplying the fuel to a fuel nozzle on the outer periphery of the F1 burner;
A first flow rate adjusting valve provided in the first fuel system for adjusting a fuel flow rate;
A second flow rate adjusting valve provided in the second fuel system for adjusting the fuel flow rate;
At the time of starting / accelerating the gas turbine, the fuel / air ratio at the outlet of the air hole in the inner peripheral portion of the F1 burner is smaller than the fuel / air ratio at the outlet of the air hole in the outer peripheral portion of the F1 burner. A gas turbine combustor comprising a control device for controlling a flow rate adjustment valve and an opening degree of the second flow rate adjustment valve.
請求項に記載のガスタービン燃焼器において、前記制御装置は、ガスタービンの起動/昇速時に、前記F1バーナの内周部の燃料ノズルの1本あたりの燃料供給量を、前記F1バーナの外周部の燃料ノズルの1本あたりの燃料供給量よりも少なくなるように、前記第1流量調整弁と前記第2流量調整弁の開度を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器。 6. The gas turbine combustor according to claim 5 , wherein the control device determines a fuel supply amount per one fuel nozzle in an inner peripheral portion of the F1 burner when the gas turbine is started / accelerated. A gas turbine combustor, wherein the opening amounts of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve are controlled so as to be smaller than a fuel supply amount per one fuel nozzle in an outer peripheral portion. 請求項またはに記載のガスタービン燃焼器において、前記F1バーナの内周部空気孔の総開口面積が、前記F1バーナの外周部空気孔の総開口面積よりも小さいことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 5 or 6, gas the total opening area of the inner peripheral portion air holes of F1 burners may be smaller than the total opening area of the outer peripheral portion air hole of the F1 burner Turbine combustor. 供給された燃料と供給された空気とを混合して燃焼させる円筒状の燃焼室と、
前記燃焼室の上流側に位置し前記燃焼室に空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートの上流側に配置され前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に前記燃料を供給する複数の燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルと前記複数の空気孔とがそれぞれ対となるように配置して構成される複数のバーナと、前記複数のバーナのうち前記燃焼室に面して前記空気孔プレートの軸中心に配置した起動用のF1バーナと、前記F1バーナの外周部に複数個配置したF2バーナとを備えたガスタービン燃焼器の制御方法において、
前記F1バーナの前記燃料ノズルと前記空気孔とは複数列の円周上に配置され、ガスタービンの起動/昇速時に、前記F1バーナの出口における半径方向外側の局所燃空比を、前記F1バーナの出口における半径方向内側の局所燃空比よりも高くして運転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 cylindrical combustion chamber for mixing and burning the supplied fuel and the supplied air;
An air hole plate which is located upstream of the combustion chamber and has a plurality of air holes for supplying air to the combustion chamber, and a plurality of air holes which are arranged on the upstream side of the air hole plate and formed in the air hole plate A plurality of fuel nozzles for supplying the fuel, a plurality of burners configured such that the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes are in pairs, and the combustion among the plurality of burners In a control method of a gas turbine combustor comprising a starting F1 burner arranged at the axial center of the air hole plate facing a chamber, and a plurality of F2 burners arranged on the outer periphery of the F1 burner,
The fuel nozzles and the air holes of the F1 burner are arranged on a plurality of rows of circles, and the local fuel-air ratio on the radially outer side at the outlet of the F1 burner is determined as the F1 when the gas turbine starts up / accelerates. A control method for a gas turbine combustor, wherein the operation is performed at a higher ratio than a local fuel-air ratio radially inward at an outlet of a burner.
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