JPH05187267A - コンバインドサイクル用ガスタービン制御装置 - Google Patents

コンバインドサイクル用ガスタービン制御装置

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JPH05187267A
JPH05187267A JP448792A JP448792A JPH05187267A JP H05187267 A JPH05187267 A JP H05187267A JP 448792 A JP448792 A JP 448792A JP 448792 A JP448792 A JP 448792A JP H05187267 A JPH05187267 A JP H05187267A
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JP
Japan
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air
gas turbine
combined cycle
compressor
combustion
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Application number
JP448792A
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English (en)
Inventor
Yoshikazu Moritomo
嘉一 森友
Hiroshi Ikeda
池田  啓
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】低NOx用予混合燃焼器を備えたガスタービン
と蒸気タービンとで構成されるコンバインドサイクル
で、予混合燃焼を始める運用負荷を低負荷側へ拡げ、し
かもコンバインドサイクルの熱効率を向上させる。 【構成】ガスタービン17の圧縮機吐出空気9の一部を
圧縮機入口案内翼上流側8へ抽気循環させ、また圧縮機
入口案内翼1の開度を抽気弁15と連動調整することに
より燃焼器3の予混合燃焼段を低NOxでかつ安定な燃
空比に調整可能とした。 【効果】コンバインドサイクル効率を下げずに、予混合
燃焼器を安定かつ低NOxの状態で運転できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】予混合段を含む多段燃焼器を備え
たガスタービンと蒸気タービンとから構成されるコンバ
インドサイクルのガスタービン制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境汚染防止の観点から事業用コ
ンバインドサイクルに使用されるガスタービンに対して
低NOx化の要求が厳しくなってきている。従来のガス
タービン用低NOx燃焼器は、たとえば実開昭61−1496
53号等に示すように、起動から低負荷時まで作動する拡
散燃焼部と高負荷時にメインバーナとする低NOx型予
混合燃焼部から構成される。また、特開昭62−9124号に
示す様に、予混合燃焼部は低NOx状態でかつ安定燃焼
が可能な燃料と空気の流量比(燃空比)の範囲が非常に
狭いため、燃料流量が少ない低負荷時は燃焼に予分な空
気を圧縮機吐出から抽気して燃焼空気を減らして燃焼の
主な支配因子である燃空比を調整している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように起動用の拡
散燃焼部と負荷帯用の予混合燃焼部とから構成される低
NOx用燃焼器を備えたガスタービンを事業用コンバイ
ンドサイクル発電プラントに使用する場合、系統電力量
に対応してガスタービン負荷が20%程度の低負荷から
ベース負荷まで予混合燃焼部を使用する必要がある。
【0004】しかしながら予混合燃焼部の安定燃焼可能
な燃空比域が狭く、最低燃焼負荷を40%程度迄しか下
げられなかった。そこで従来は、圧縮機吐出より空気を
抽気しガスタービン出口へ排出して燃焼空気量を減らし
て燃空比を保持しつつ負荷を下げていた。この方法によ
ると、コンバインドプラントの効率が低下するという問
題点があった。
【0005】本発明の目的は、コンバインドサイクルの
効率を下げずに予混合燃焼器を低負荷まで運転できる装
置を提供することである。
【0006】また、従来より使用されている燃空比を保
持しつつ負荷を下げるもう一つの方法として、圧縮機入
口案内翼(以下IGVと略す。)の開度を低下させ、圧
縮機空気流量を低下させつつ負荷を下げる方法もある
が、圧縮機吸込温度が低い場合、後段で露点温度を下廻
り結露によりいわゆるアイシングが発生するという問題
があった。従って、本発明の次の目的はアイシングを起
こさずにIGVを絞れる装置を提供することでもある。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、多段
燃焼型燃焼器を備え、かつ圧縮機吐出空気を抽気して燃
焼用空気量の調整を行なう様にしたガスタービンと蒸気
タービンのコンバインドサイクルにおいて、前記圧縮機
吐出より抽気した空気の1部又は全てを圧縮機入口案内
翼の上流側に戻すようになし所期の目的を達成するよう
にしたものである。
【0008】
【作用】このようにするとガスタービンの負荷が低い条
件(燃料流量が低い)でも、圧縮機吐出空気のうち燃焼
に余分な空気量を抽気することにより燃焼用の空気を低
減し、NOx生成,安定燃焼の大きな因子である燃料と
燃焼空気の比(燃空比)を定格点とほぼ同一に保ち、安
定に運転可能となる。
【0009】抽気の連結先は、ガスタービンの圧縮機入
口,タービン入口,タービン出口のいずれかが選択可能
だが、ヒートバランス上、タービン入口では抽気無と同
一、タービン出口では約500℃の排ガスに約300℃
の抽気空気を加えても蒸気タービンを含めたコンバイン
ド効率は向上しない。一方、本発明により、約15℃の
大気温度である圧縮機吸込空気温度は上昇し、抽気によ
る燃焼空気量の減少に加えて吸込体積流量一定で、空気
比重低下に伴い圧縮機吸込空気量自体が減少するため燃
焼ガス温度上昇,排ガス温度上昇により蒸気タービン効
率が上昇し、コンバインドプラント効率も向上する。
【0010】圧縮機入口案内翼(IGV)を絞り圧縮機
吸込空気量を減らす方法も上記の抽気実施による場合と
同様の作用が得られる。しかしながら抽気循環と異なり
圧縮機入口空気温度上昇の作用は生じず、抽気循環とI
GV絞り込みを併用するのが効果的である。
【0011】なお、抽気循環により付随して生じる効果
として、IGVのすぐ下流で圧力・温度が低下するため
生じるアイシング(ICING)による圧縮機翼損傷
を、吸込空気温度の上昇により防止でき、しかも、IG
Vを大きく絞り込むことができる。
【0012】
【実施例】図1に従来技術によるコンバインドサイクル
の系統図を示す。コンバインドサイクルはガスタービン
17,排熱回収ボイラ5,蒸気タービン7,煙突6で構
成される。ガスタービン吸込空気8は圧縮機入口案内静
翼1(弁で模式図化してある。)を介し、圧縮機2によ
り昇圧され、吐出空気9の一部10が燃焼器3に導かれ
燃料14と混合,燃焼し燃焼ガス12となってタービン
4で仕事をした後、ガスタービン排気13は排熱回収ボ
イラ5で給水20を所定の蒸気21にした後、煙突6へ
到る。コンバインドサイクルプラントとしての出力はガ
スタービン17,蒸気タービン7により駆動される発電
機18,19の出力の合計となる。図中に示すように圧
縮機吐出空気9の一部である抽気11は抽気弁15を介
してガスタービン入口で燃焼ガス12と合流する。
【0013】次に本発明による実施例の系統図を図2に
示す。図1との相異点は、圧縮機吐出空気9からの抽気
11を抽気弁15を介し、圧縮機2の吸込空気8に循環
させることで、循環流量分だけ燃焼器3を通りタービン
4で仕事をする燃焼ガス量が低下する。タービンの仕事
の減少分は燃料14の流量を増し燃焼ガス温度を上げる
ことでタービン出力を一定に保つよう制御される。
【0014】予混合型燃焼器を備えたガスタービンの燃
空比の制御について説明する。図3はガスタービン負荷
に対する燃料の変化を示したもので、起動から切替負荷
までの領域では拡散燃焼用燃料のみで運転し、切替負荷
で低NOx型の予混合型燃焼用の燃料が投入,拡散燃焼
用燃料が低減され、定格負荷に到るまで1次,2次燃料
ともに増大する。図4でガスタービン負荷に対する燃焼
器へ流入する空気流量の変化を示す。ガスタービンは定
格回転数到達後負荷を取るため、圧縮機入口案内翼角度
を変えなければ燃焼器へ流れる空気(燃焼空気)の量は
負荷によらず一定である。予混合燃焼器を低NOxで安
定に運転するには予混合部での燃空比を概略3%〜4%
という狭い範囲内に制御する必要があるため、予混合燃
焼空気量を燃料流量が少ない切替負荷では少なく絞り、
負荷とともに増加させる。その結果、拡散燃焼器,予混
合燃焼器に対応した燃空比は図5に示すような変化をと
るが、図中に示すNOx制限値,火炎吹消,逆火によ
り、運転範囲は狭い範囲に限られることがわかる。
【0015】ところで、予混合型燃焼器は上述のように
拡散燃焼から拡散+予混合燃焼モードへの切替点を持つ
ため、プラントとしての運用は切替負荷〜定格負荷の間
に限られるが、ガスタービンを主機とするコンバインド
サイクルは負荷追従性が良好なため負荷調整用として低
い負荷まで運転可能であることが要求される。
【0016】図6に切替負荷をからへ下げた場合の
問題点を示す。切替負荷を下げると燃料が少なくなり燃
空比が下り火炎吹消えを生じやすくなる。本発明では上
述のような抽気循環の実施により切替点の予混合部燃空
比を吹消線以上に増大させ運転可能範囲へシフトさせる
ことが可能となる。ところで切替点の予混合部燃空比が
増大すると、火炎の逆火が生じやすくなるが、本発明の
圧縮機吐出空気吹込部への抽気循環により圧縮気吸込空
気温度が上昇し吸込空気量低下,圧縮機吐出圧低下とな
り燃焼器内の空気流速が増大し、図6の逆火限界線が上
昇、結果として逆火は生じにくくなる。圧縮機入口案内
翼を絞り圧縮機吸込空気を減らしても同等の効果が得ら
れる。圧縮機吐出圧の低下は付随効果として圧力依存性
の高いNOxの低下を生ずる。
【0017】図7にガスタービン出力一定のときのガス
タービン,蒸気タービンおよびコンバインドサイクルの
熱効率を示す。抽気循環量を増すかIGVを絞った結
果、燃焼空気量が減少しタービン仕事の低下分を燃料流
量増大により補償される。これは、ガスタービン効率の
低下とガスタービン排気温度の増大につながる。これは
排熱回収ボイラおよび蒸気タービンの出力および効率の
向上につながる。ガスタービン効率と蒸気タービン効率
のバランスによりコンバインドサイクル効率が決まる
が、抽気循環量,IGV開度は排気温度高による機器耐
熱温度で決まる限界値と、図6に示した逆火限界値,コ
ンバインドサイクル効率が最高となる点を考慮して選定
する。
【0018】図8に本特許採用時のコンバインドサイク
ルプラントの効率と出力の関係の一例を示す。図中には
ガスタービン負荷一定状態でIGVを絞り抽気循環実施
による出力,効率変化の軌跡を示している。いずれも適
当な選択によるオリジナルの性能カーブに対し、効率低
下を防ぐことができる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、低負荷までコンバイン
ドサイクル効率を下げずに予混合燃焼器を安定、かつ低
NOxの状態で運転状能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のコンバインドサイクルの系統図例。
【図2】実施例の系統図。
【図3】予混合燃焼器の燃料制御図。
【図4】予混合燃焼器の燃焼空気制御図。
【図5】予混合燃焼器の燃空比制御図。
【図6】実施例の燃空比制御図。
【図7】実施例の抽気量制限図。
【図8】実施例の熱効率,出力改善図。
【符号の説明】
1…圧縮機入口案内翼、2…圧縮機、3…燃焼器、4…
タービン、7…蒸気タービン、8…ガスタービン吸込空
気、9…圧縮機吐出空気、10…燃焼空気、11…抽
気、12…燃焼空気、13…ガスタービン排気、14…
燃料、15…排気弁、17…ガスタービン。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多段燃焼型燃焼器を備え、かつ圧縮機吐出
    空気を抽気して燃焼用空気量の調整を行なう様にしたガ
    スタービンと蒸気タービンのコンバインドサイクルにお
    いて、前記圧縮機吐出より抽気した空気の1部又は全て
    を圧縮機入口案内翼の上流側に戻すようにしたことを特
    徴とするコンバインドサイクル用ガスタービン制御装
    置。
  2. 【請求項2】前記抽気空気の1部又は全てを抽気弁を介
    して圧縮機入口案内翼の上流側に戻すことを特徴とする
    請求項1記載のコンバインドサイクル用ガスタービン制
    御装置。
  3. 【請求項3】抽気弁と圧縮機入口案内翼を連動させるこ
    とを特徴とする請求項1記載のコンバインドサイクル用
    ガスタービン制御装置。
JP448792A 1992-01-14 1992-01-14 コンバインドサイクル用ガスタービン制御装置 Pending JPH05187267A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015048759A (ja) * 2013-08-30 2015-03-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼システム
JP2015190469A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ コンバインドサイクルパワープラントの制御の向上のためのシステムおよび方法
JP5989218B1 (ja) * 2015-11-18 2016-09-07 東芝プラントシステム株式会社 発電プラントにおける空気循環制御装置および空気循環制御方法
JP2018184948A (ja) * 2017-04-24 2018-11-22 ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド ガスタービンシステム及びその制御方法

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