JPH0264231A - ガスタービン燃焼器の火炎検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガスタービンの２段燃焼器における第２段の燃
焼部の大炎の存在の確認に好適な火炎検出方法に関する
。

［従来の技術］ 従来、ガスタービン燃焼器の火炎の存在は、紫外線方式
の火炎検知器により監視していた。この方式は、単にガ
スタービンだけでなくボイラー工業用加熱炉等において
も一般に用いられている。

近年、ガスタービンｍ焼器における窒Ｊ酸化物（隨）を
低減する技術として二段燃焼方式のガスタービン燃焼器
が採用されつつある（例えば特許ｎ（１５０−２６２７
８２号参照）、この方式は、従来１ケ所にしか存在しな
かった火炎を上流側とその下流側の２ケ所に分散し、か
つガスタービンの起動から定格負荷まで、それぞれの火
炎をシリーズ的に着火させるものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、二段燃焼方式のガスタービン燃焼器において
は、第１段の火炎は、従来の紫外線方式で検知できるが
、第２段の火炎を検出するために同じ方７ムを用いると
、第１段の火炎を第２段の火炎と誤認する可能性がある
。

火炎検知の第２の方法として、燃焼域近傍にサーモカッ
プルを設置するものがある。この方法においては、第２
段に着火した場合その火炎は燃焼域近傍の温度急変によ
り検出出来るが、第２段の火炎が失火した場合、サーモ
カップル自体および燃焼域近傍壁の熱容量が大きいため
、温度の変化が小さく、火炎の失火の検出は不可能であ
った。

ガスタービンの燃焼器は、圧力および温度が極めて高い
状態にあるため、燃焼器中の火炎の誤認ならびに未検出
は、ガスタービンの事大な損傷にまで発展することがあ
る。

しかるに前記の如く、従来技術では第２段燃焼域の火炎
を確実に監視することが出来ず、２段燃焼方式ガスター
ビンの損傷を招く可能性があった。

なお、本発明がベースとするガスタービンの燃焼監視装
置については、特公昭５９−１２８５１号公報に、？’
／’Ｍに開示されているものがあるが、しかし、この公
報に記載された燃焼監視装置は、１段式燃焼滞に適用さ
れるものとされており、二段式燃焼器の第２段燃焼域の
火炎の有無を監視する方法に関するものではない。

本発明の目的は、二段燃焼方式のガスタービン燃焼器に
おける第２段目の燃焼域の火炎を確実に検知する方法を
提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は特許請求の範囲のそれぞれＳｒｌ求項ｌ。

２又は３記載の方法によって達成される。

［作　　　用コ ガスタービン燃焼器が例えは１０缶あるガスタービンの
場合を例に引いて以下説明する。燃焼の異常が生じやす
いタイミングは、１段目から２段目へ大が移るときであ
る。

１段目から２段目へ火炎が１０缶とも移った場合、カス
タービンの排気温度空間分布における最頻値と最小値の
偏差は経験的に約１３℃より小さい。

これに対し、たとえば１缶において２段目に火炎が移ら
ず、他の９缶において火炎が２段目に移った場合は排気
温度の最頻値と最小値の偏差が約２０℃以上となる。

従って、排気温度空間分布における該偏差の監視により
第２段燃焼域の火炎の存在を確認することが出来る。

全燃焼器に於いて２段目火炎不存在（２段目率着火又は
失火）の場合、上記排気温度偏差は当然約１３℃より小
となるためこの場合は、負荷要求燃料流量から算出した
排気温度と実測排気温度を比較して火炎の異常状態が起
きているかどうかを診断する。

これらの方法により、１０缶中少なくとも１缶において
２段目火炎が存在しないと診断された場合、第２７２燃
料を遮断し、全ての火炎を消失せしめる処置をとること
ができる。

［実　施　例］ 以下、図面にもとづき１本発明の一実施例を説明する。

第１図に例示する如くガスタービンは圧縮機１１２、二
段燃焼方式の燃焼器１１４．タービン１１６より構成さ
れている。燃焼器１１４は一円周上に複数個（例えば１
０缶）配置さ、れでいる。圧縮機１１２に入口１１８を
介して送り込まれた空気は圧縮され、ダクト１２０を介
して燃焼器１１４に流入する。燃料は、複数個の１段口
燃料ノズル１２２ａと２段Ｉ＋燃料ノズル１２２ｂを介
して燃焼器１１４に流入し、燃焼器内で燃焼して、ター
ビン１１６を開動する動力ガス流又は熱ガス流を発生す
る９燃焼′ａ１１４によって発生したこの熱ガス流がダ
ク１〜１２４を介してタービン１１６に流入し、ダービ
ン１１Ｇは、カップリング１２８．１３０を介して圧縮
機１１２および発電機１２６を１報動する。

カスタービン１１０に対する燃料の流れを制御するガス
タービン制御装置を全体的に１３２で示す。この制御装
置１：３２は、速度検出装置１３６によって発生する速
度信号１３４．１段目火炎検知器１４０（従来の紫外線
方式のものでよい）によって発生する１段目火炎検出信
号１３８．およびガスタービンの排気ダクト１５２内に
環状に等間隔で配置された温度検出器１５０によって発
生する排ガス温度信号１４２〜１４８を取り込む。

またこの制御装置ｑ　１３２は、吐出量可変の燃料ポン
プ又は燃料ガス制御弁１５６を介して、燃料ノズル１２
２ａ、１２２ｂの流量を調節する。

他方、燃焼監視装置１５８が温度信号１４２〜１４８．
１６０を取り込む。ここで１６０は、燃焼３３１１４の
流入ダクト１２０への圧縮器１１２からの吐出空気の温
度検出器１６２が発生する信号である。この信号１６０
をも取り込むのは、ガスタービン排気ガス温度はガスタ
ービン圧縮器の吸込空気温度、ひいてはその吐出空気温
度に影響されるので、その影響を補正するためである。

第１図には、４つの排気ガス温度検出器１５０しか示し
ていないが、これは図示を簡単にする為であり、実際に
は、１２個または更に多くの温度検出器１５０が排気ダ
グ１〜１５２内に環状的に配置されており、隣り合った
検出器１５０の間の間隔は相等しく配置しである。温度
検出器１５０は、熱ガス流に対し軸方向の人体同じ位置
に、還元すればタービンＩＬ６から大体等しくｍ才した
位置に存在する。

第２段］］の火炎の存在をチエツクする燃焼監視手段は
、本実施例においては、全般的に、排気ダクト１５２内
に配置され熱ガス流の温度を時系列的に検知する複数の
温度検知器１５０と、これらの検出された温度に基づい
てガスタービン燃焼器１１４の２段目の火炎の有無を判
定する燃焼監視装置１５８とから成る。第２段目の火炎
がないと判定されたとき、ガスタービン制御手段１３２
によって燃焼９１１４に対する燃料の流れを遮断する信
号を燃料遮断弁２００ａ、ｂへ発生するようになってい
る。

２段１１火炎検出以外の燃焼異常を判定するガスタービ
ンの燃焼監視については、特公昭５９−１２８５１号公
報に詳しいので、ここではその説明は省略する。

本発明と特公昭５９　１２８５１号との異なる点は、後
者は、火炎が一個所に存在する１段式燃焼器に関するも
のであるのに対し、前と゛は、火炎が二個所に存在する
２段式燃焼器に関するものであることである。２段式燃
焼器自体の構成については、特願昭５９−２６２７８２
号に詳しい。

２段式燃焼器１１４において、ガスタービンの起動から
無負荷定格回転数まで、さらに低負荷までは、ガスター
ビンは第１段燃料ノズル［２２ａの燃料の燃焼により運
転される。それ以」二の負荷において、初めて第２段燃
料ノズル１２２ｂの燃料が第２段燃焼域に投入される。

正常な状態であれば、燃焼器１１４が１０缶あるとする
と、１０缶全方において第１段燃焼域から第２段燃焼域
へ火が移り、第１段と第２段の両方の燃焼でガスタービ
ンが運転される。

第２図は、とくに火移りのタイミングにおける第１段な
らびに第２段燃料ノズル１２２ａ、ｂの流量の変化を示
したものであり、本実施例においては火移り完了後、第
１段燃料ノズル１２２ａと第２段燃料ノズル１２２ｂの
燃料は、約６０対４０の比にて投入される。又、ガスタ
ービンの出力変動を起こさないように火移り前後の両者
の燃料流量の和は等しくされる。

第３図は、上述の火移りが正常に行われなかった場合を
示し、具体的には燃焼器１１４が１０缶あるうちの１缶
において２段目燃焼域の火炎不着火の場合の例である。

Ｎα２の燃焼器の２段目が不着火で、その他の９缶の燃
焼器の２段目は着火しており、それらの燃焼ガス温度差
（最頻値−最小値）は約２５０℃である。普通、ガスタ
ービンにおいては燃焼ガス温度は直接測定不可能である
から、本発明では先述の温度検出器１５０で排気ダクト
１５２内の排気ガス温度を測定している。

第４図は、第３図の燃焼ガス温度分布の状態に対応する
排気ダクト１５２内の排気ガス温度分布（前記複数の温
度検出器１５０で検出したもの）を示す。燃焼ガスは、
燃焼器１１４を出たあと、数段のタービン翼により成る
程度撹拌されるので。

タービン１１６を通過した排気ガス温度分布は。

温度偏差が鈍くなり、前記約２５０℃に対応する値は、
約２０℃となる。また、不着火燃焼器（Ｎ（１２）に対
応する位置も排気ダクト１５２内では成る程度回転した
位置に成り、燃焼器Ｎｎ８または９の位置に温度変化が
現われる。

第５図は、不着火の第２段燃焼域が存在するときの上記
空間的な温度変化に対し時間的な温度変化を示したもの
であり、第２設工着火燃焼漸が存在する場合、排気温度
分布に約２０℃はどの谷が存在し続けろ。

従って、排気ガス温度の空間的な分布ならびに時間的な
変化を調べることにより複数の燃焼器１１４のそれぞれ
について２段目着火または不着火を検出することが出来
る。

第６図は、上記した所に基づく第２段目燃焼域の火炎検
出におけるロジックを詳細に示したものである。第１段
燃料流量が一定値に達すると第２段燃料投入指令が発す
る（υ。そして空間的な排気温度偏差として、前記複数
の温度検出器１５０で検出された排気温度の最頻値Ｔｗ
ｏと最小値Ｔ＋ｓｕｎの差が所定の制限値π以内（本実
施例においては１３℃以内）であるという条件が満足さ
れているか否かを確認する■。また、前記検出排気温度
の夫々の値をとり、その経時的な変化を確認するのであ
るが、具体的には、上記夫々の検出排気温度の値を３分
間サンプリングし最後の２ポイン１〜での温度差（Ｔｏ
−Ｔ□）が５℃以内という条件が満足されているか否か
を確認する■。上記の両条件が満足される場合、全ての
燃焼器の第２段燃焼域が若人完と判定しに）、そうでな
い場合は着火失敗（成る燃焼器の第２段目が不着火）と
判定する■。

なお、燃焼器１１４が全部で１０缶あるとしてその全て
に第２段燃料投入指令が発せられているにもかかわらず
１０缶とも第２設工着火のとき、排気ガス温度に前記１
３℃を越える偏差が現われない場合がある。この場合、
その負荷における燃料流量から算出される排気ガス温度
および実１１１１１排気カス温度を常時比較することに
より、第２段目火炎の有無を判定し得る。

以上のように、全ての燃焼器のうち少なくとも１缶の燃
焼器において第２段燃焼域に火炎が存在しないことが判
定された場合、燃焼異常と診断し、この診断結果の信号
に基づきガスタービンの第２段燃料止弁２００ｂを閉じ
て、全ての燃焼器１１４に対し燃料を遮断する。

［発明の効果］ 本発明によれば、ガスタービンの二段式燃焼器における
第２段目の火炎の有無を確実に検知できる。この検知結
果を利用すれば、異常時（何れかの第２段目における火
炎の不存在時）に燃焼器の第２段燃料を遮断することが
でき、従って、火炎の有無に起因する燃焼ガスのアンバ
ランスによるガスタービン高温部品に対する損傷を防ぐ
ことが出来る。また、未燃ガスが大量にガスタービン排
気ダクトへ流入することも防ぐことが出来る５

【図面の簡単な説明】

第」図は本発明の実施例を示す構成概要図、第２図は第
１段ならびに第２段の燃料投入スケジュールを示す図、
第３図は第２段目焼域不着火時の排気ガス温度を示す図
、第４図は全ての燃焼器のうち１全米着火の場合の燃焼
ガス温度を示す図、第５図は全ての燃焼器のうち１全米
着火の場合の経時的な排気ガス温度を示す図、第６図は
本発明実施例における２段目火炎検出の手法を示す図で
ある。 １１２・・・圧縮機　　　　１１４・・・燃焼器１１６
・・・ガスタービン １２２ａ・・・１段目燃料ノズル １２２ｂ・・・２段目燃焼ノズル １２６・・・発電機　　　　１３２・・・制御装置１５
０・・・排気ガス温度検出器 １５２・・・排気ダクＩ−１５８・・・燃焼監視装置ｕ
第１図 第２図 経過時間 第６図 第３図 第４図 排ガス温度検出位置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　第１段燃焼域および第２段燃焼域を有する二段式燃
   焼器を備えたガスタービンの排気ダクト内に複数個の排
   気ガス温度検出器を配置し、これら温度検出器で検出さ
   れた該排気ダクト内のガスタービン排気ガス温度の空間
   的分布および／又は経時的変化を所定の基準と比較して
   、上記第２段燃焼域の燃焼異常を診断することを特徴と
   するガスタービン燃焼器の火炎検出方法。 ２　前記複数個の温度検出器で検出された排気ダクト内
   の排気ガス温度の空間的分布における再頻値と最小値の
   差が所定値より大きい場合に、第２段燃焼域を燃焼異常
   と診断する請求項１記載のガスタービン燃焼器の火炎検
   出方法。 ３　前記複数個の温度検出器で夫々検出された排気ダク
   ト内の排気ガス温度を一定時間内の任意の回数だけサン
   プリングしたときの最後の２回の値の差が所定値より大
   きい場合に、第２段燃焼域を燃焼異常と診断する請求項
   １又は２記載のガスタービン燃焼器の火炎検出方法。 ４　前記温度検出器で検出された排気ダクト内のガスタ
   ービン排気ガス温度は、前記二段式燃焼器に入る圧縮器
   吐出空気温度の検出値で補正されたものである請求項１
   、２又は３記載のガスタービン燃焼器の火炎検出方法。