JPH0544537B2 - - Google Patents

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JPH0544537B2
JPH0544537B2 JP3549085A JP3549085A JPH0544537B2 JP H0544537 B2 JPH0544537 B2 JP H0544537B2 JP 3549085 A JP3549085 A JP 3549085A JP 3549085 A JP3549085 A JP 3549085A JP H0544537 B2 JPH0544537 B2 JP H0544537B2
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JP
Japan
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fuel supply
fuel
turbine
combustor
load
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JP3549085A
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JPS61197726A (en
Inventor
Fukuo Maeda
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS61197726A publication Critical patent/JPS61197726A/en
Publication of JPH0544537B2 publication Critical patent/JPH0544537B2/ja
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2900/00Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05003Measuring NOx content in flue gas

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はガスタービンに係り、特に、予混合燃
料法によりタービン排ガス中のNOx(窒素酸化
物)およびCO(一酸化炭素)の発生量を低減する
低減方法を改良したガスタービンに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a gas turbine, and in particular, to reducing the amount of NOx (nitrogen oxides) and CO (carbon monoxide) generated in turbine exhaust gas by a premixed fuel method. This invention relates to a gas turbine with an improved method for reducing

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

従来、この種のガスタービンの基本的構成は第
7図に示すように構成され、大気1を空気圧縮機
2により圧縮して高圧空気3に変換してから燃焼
器4の環状空間5に送入する。この環状空間5内
に送入された高圧空気3は燃焼器内筒6の外周を
流通して、この燃焼器内筒6を強制対流して冷却
しながら、空気穴7およびスワラー8等を通して
燃焼器内筒6内に流入する。一方、燃料は図示し
ない燃料供給源に接続され、途中、燃料供給量を
適宜制御する調整弁9を介装した燃料供給系10
を介して燃焼器4へ供給される。燃焼器4へ供給
された燃料は燃料ノズル11より燃焼器内筒6内
の逆流領域近傍12へ噴出され、イグナイター1
3により着火エネルギーが与えられて着火し、燃
焼する。定容、定圧燃焼が継続して発生した高温
ガス14はタービン15に導入されて仕事をし、
タービン15の駆動力は上記空気圧縮機2の動力
として一部消費され、その殆どの動力は発電機
(図示省略)等の被駆動機16の動力として消費
される。この被駆動機16の負荷に応じて上記燃
料供給系10の調整弁9の開度を制御して燃料供
給量を制御する。
Conventionally, the basic configuration of this type of gas turbine is as shown in FIG. Enter. The high-pressure air 3 introduced into this annular space 5 flows around the outer periphery of the combustor inner cylinder 6, and while cooling the combustor inner cylinder 6 through forced convection, it burns through the air holes 7, swirler 8, etc. It flows into the internal cylinder 6. On the other hand, fuel is connected to a fuel supply source (not shown), and a fuel supply system 10 is provided with a regulating valve 9 for appropriately controlling the amount of fuel supplied.
is supplied to the combustor 4 via the combustor 4. The fuel supplied to the combustor 4 is injected from the fuel nozzle 11 to the vicinity 12 of the backflow region inside the combustor inner cylinder 6, and then the igniter 1
3 gives ignition energy to ignite and burn. The high-temperature gas 14 generated through constant volume and constant pressure combustion is introduced into the turbine 15 and does work.
A portion of the driving force of the turbine 15 is consumed as power for the air compressor 2, and most of the power is consumed as power for a driven machine 16 such as a generator (not shown). The opening degree of the regulating valve 9 of the fuel supply system 10 is controlled according to the load of the driven machine 16 to control the amount of fuel supplied.

ところで、燃焼器4の燃料ノズル11が1個ま
たは複数個の場合においても、高温ガス14中に
は、いわゆるサーマルNOxと称されるNOxが大
量に発生する。このNOxは燃料ノズル11の多
数化や空気穴7等の工夫により、局所的領域にお
ける火炎温度の若干の低下を促し、NOxの若干
の低減を図ることができるが、大幅なNOx低減
は不可能である。
Incidentally, even when the combustor 4 has one or more fuel nozzles 11, a large amount of NOx, so-called thermal NOx, is generated in the high-temperature gas 14. This NOx can be reduced slightly by increasing the number of fuel nozzles 11 and using air holes 7, etc., to promote a slight decrease in flame temperature in a local area, but it is impossible to significantly reduce NOx. It is.

しかし、局所的に火炎温度を低下させてNOx
低減を図る方法としては予混合燃焼法の方が効果
的であり、予混合率の増加によりNOx発生量を
低減させる効果を第8図に示す。すなわち、予混
合燃焼を行なわない場合は特性曲線20に示すよ
うに高温ガス14中のNOx発生量が、横軸で示
す燃空比の増加に伴つて指数関数状に上昇する。
However, by locally lowering the flame temperature, NOx
The premix combustion method is more effective as a method for reducing NOx emissions, and FIG. 8 shows the effect of reducing the amount of NOx generated by increasing the premix ratio. That is, when premix combustion is not performed, the amount of NOx generated in the high-temperature gas 14 increases exponentially as the fuel-air ratio increases, as shown by the characteristic curve 20.

一方、予混合燃焼を行なつた場合は、特性曲線
21a〜21dに示すように燃空比が増加しても
NOxは殆ど上昇せず、顕著なNOx低減効果を認
めることができる。しかも、このNOx低減効果
は予混合率を例えば50%〜80%(21a〜21
d)へと漸次上昇させて行くに従つて顕著に表わ
れていることを示している。
On the other hand, when premix combustion is performed, even if the fuel-air ratio increases, as shown in characteristic curves 21a to 21d,
There is almost no increase in NOx, and a remarkable NOx reduction effect can be observed. Moreover, this NOx reduction effect reduces the premixing rate by, for example, 50% to 80% (21a to 21
It shows that it becomes more noticeable as the value is gradually increased to d).

このような予混合燃焼法を採用した従来のガス
タービンは第9図に示すように構成され、燃焼器
4へ燃料を供給する燃料供給系をA系30とB系
31との2系統により構成している。A燃料供給
系30は燃料ノズル11に接続され、燃焼器内筒
6内へ直接燃料を供給する。なお、第9図中、第
7図と同一部分には同一符号を付して、その説明
を省略している。
A conventional gas turbine that employs such a premix combustion method is configured as shown in FIG. are doing. The A fuel supply system 30 is connected to the fuel nozzle 11 and supplies fuel directly into the combustor inner cylinder 6. In FIG. 9, the same parts as in FIG. 7 are given the same reference numerals, and their explanations are omitted.

一方、B燃料供給系31は燃料を燃焼器内筒6
内へ送入する前に、高圧空気3が流入されている
予混合室32へ供給し、ここで高圧空気3と予め
混合してから空気穴7を通して、燃焼器内筒6内
へ供給している。この混合燃料36は、A燃料供
給系30から供給された燃料により燃焼器内筒6
内にて燃焼して発生した高温ガスにより着火エネ
ルギーを与えられて低温度で燃焼する。これによ
りNOxの発生量を低減する。このように構成さ
れたガスタービンによるNOxとCOの発生量をタ
ービン負荷と対応させて示すと第10図のグラフ
のようになる。すなわち、タービン負荷が定格負
荷(100%)であるときは、NOxの発生量を示す
NOx特性曲線37とCOの発生量を示すCO特性
曲線38とは、NOx規制値39、CO規制値40
をそれぞれクリアしている。しかし、タービン負
荷が定格負荷の中間部、例えば切換点C近傍にあ
るような部分負荷運転時では、NOxおよびCOの
発生量が共に各規制値39,40を大幅に上回つ
ている。特に、COの発生量が急激に増加するの
で、燃焼器4の燃焼効率が低下し、プラント効率
を大きく低下させるという欠点があつた。また、
部分負荷運転状態においては燃焼効率の低下と共
に、燃焼振動が発生し易くなり、ガスタービンの
信頼性を著しく低下させるという欠点があつた。
On the other hand, the B fuel supply system 31 supplies fuel to the combustor inner cylinder 6.
Before being introduced into the combustor inner cylinder 6, the high pressure air 3 is supplied to the premixing chamber 32, where it is mixed with the high pressure air 3 in advance, and then passed through the air hole 7 and supplied into the combustor inner cylinder 6. There is. This mixed fuel 36 is supplied to the combustor inner cylinder 6 by the fuel supplied from the A fuel supply system 30.
The ignition energy is given by the high-temperature gas generated by combustion inside, and it burns at a low temperature. This reduces the amount of NOx generated. The graph of FIG. 10 shows the amount of NOx and CO generated by the gas turbine configured in this way in relation to the turbine load. In other words, when the turbine load is the rated load (100%), it indicates the amount of NOx generated.
The NOx characteristic curve 37 and the CO characteristic curve 38 indicating the amount of CO generated are NOx regulation value 39 and CO regulation value 40.
have been cleared respectively. However, during partial load operation where the turbine load is in the middle of the rated load, for example near switching point C, the amounts of both NOx and CO generated significantly exceed the respective regulation values 39 and 40. In particular, since the amount of CO generated increases rapidly, the combustion efficiency of the combustor 4 decreases, resulting in a disadvantage that the plant efficiency is greatly reduced. Also,
In a partial load operating state, combustion efficiency is reduced and combustion vibrations are more likely to occur, resulting in a disadvantage that the reliability of the gas turbine is significantly reduced.

さらに、燃料の種類、運転方法、タービンの形
状変更等に応じて、AおよびB両燃料供給系3
0,31の切換点Cと、AB両系30,31の燃
料供給配分を自動的に制御することができないた
めに、燃料振動を防止することや、部分負荷運転
時におけるNOxおよびCO規制値32,33をク
リアさせることができないという欠点があつた。
Furthermore, depending on the type of fuel, operating method, change in turbine shape, etc., both A and B fuel supply systems 3
Since it is not possible to automatically control the switching point C of 0 and 31 and the fuel supply distribution of both AB systems 30 and 31, it is necessary to prevent fuel vibration and reduce the NOx and CO regulation values 32 during partial load operation. , 33 could not be cleared.

そこで、このような従来のガスタービンは第9
図に示すように、空気バイパス34と、この空気
バイパス34の途中に空気調整弁35とをそれぞ
れ設けた。すなわち、この空気調整弁35の開度
制御を行なうことにより、燃焼器内筒6へ供給す
る高圧空気3の供給量を制御し、高温ガス14に
おける燃空比を可能な限り一定に保持し、NOx
およびCOの発生を制御していた。
Therefore, such conventional gas turbines
As shown in the figure, an air bypass 34 and an air regulating valve 35 were provided in the middle of the air bypass 34, respectively. That is, by controlling the opening degree of the air adjustment valve 35, the amount of high-pressure air 3 supplied to the combustor inner cylinder 6 is controlled, and the fuel-air ratio of the high-temperature gas 14 is kept as constant as possible. NOx
and controlled CO generation.

しかしながら、このような従来のガスタービン
ではNOxおよびCOの最大値を各規制値39,4
0以下に抑制することができるが、高温ガス14
の流れ周辺に低温の高圧空気3を吹き込むため
に、温度分布的に好ましくなく、ガスタービン構
造上等、さらに新たな問題が発生する虞れがあつ
た。
However, in such conventional gas turbines, the maximum values of NOx and CO are set to the respective regulation values of 39 and 4.
Although it can be suppressed to 0 or less, high-temperature gas 14
Since the low-temperature, high-pressure air 3 is blown into the vicinity of the flow, the temperature distribution is not favorable, and there is a risk that new problems may occur regarding the gas turbine structure.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、
特に部分負荷運転時における排ガス中のNOxお
よびCO濃度を低減させると共に、燃焼振動を低
下させるガスタービンを提供することを目的とす
る。
The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and
It is an object of the present invention to provide a gas turbine that reduces NOx and CO concentrations in exhaust gas and reduces combustion oscillations, particularly during partial load operation.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、予混合燃料供給系を複数系統設け、
これら予混合燃料供給系による各燃料供給開始時
およびこの開始時ないしそれ以降の燃料供給量を
タービン負荷に対応させて系統毎にそれぞれ設定
した燃料供給パターンを計算器にプログラムし、
計算器はタービン負荷を算出すると共に、この燃
料供給パターンに基づいて各予混合燃料供給系の
燃料供給動作を制御し、タービン排ガス中の
NOxおよびCO濃度と、気柱振動および燃焼振動
との検出値に応じて上記燃料供給パターンを適宜
変更するようにしたものである。
The present invention provides multiple premixed fuel supply systems,
A computer is programmed with a fuel supply pattern that is set for each system by making each fuel supply start by these premixed fuel supply systems and the amount of fuel supplied at or after this start correspond to the turbine load.
The calculator calculates the turbine load and controls the fuel supply operation of each premix fuel supply system based on this fuel supply pattern to reduce the amount of water in the turbine exhaust gas.
The fuel supply pattern is changed as appropriate depending on the detected values of NOx and CO concentrations, air column vibrations, and combustion vibrations.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例について第1図ないし第
6図を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6.

なお、第1図ないし第6図中、同一部分には同
一符号を付してその重複した部分の説明を省略す
る。
Note that in FIGS. 1 to 6, the same parts are given the same reference numerals, and the explanation of the overlapping parts will be omitted.

第1図は本発明に係るガスタービンの一実施例
の要部を示す系統図であり、空気圧縮機50は大
気51を圧縮して高圧空気53を燃焼器52に送
り込む。この燃焼器52は予混合燃焼方式を適用
した構造からなり、所要種類の燃料を燃焼器52
へ供給する予混合燃料供給系を複数系統、例えば
3系統FA,FB,FC有する。これら予混合燃料
供給系FA,FB,FCは各調整弁54A,54B、
54Cおよび流量計55A,55B,55Cをそ
れぞれ介装して、各燃料供給系FA,FB,FCに
よる燃料供給量を各系毎に検出すると共に、各調
整弁54A,54B,54Cの開度制御により燃
料供給量を系統別に調整するようになつている。
FIG. 1 is a system diagram showing a main part of an embodiment of a gas turbine according to the present invention, in which an air compressor 50 compresses atmospheric air 51 and sends high-pressure air 53 to a combustor 52. This combustor 52 has a structure to which a premix combustion method is applied, and the required type of fuel is fed to the combustor 52.
It has multiple premixed fuel supply systems, for example, three systems FA, FB, and FC. These premixed fuel supply systems FA, FB, and FC each have regulating valves 54A, 54B,
54C and flow meters 55A, 55B, and 55C are installed to detect the amount of fuel supplied by each fuel supply system FA, FB, and FC for each system, and to control the opening of each regulating valve 54A, 54B, and 54C. The amount of fuel supplied is now adjusted for each system.

燃焼器52にて発生した高温ガス56は、発電
機等の被駆動機57に軸を介して直結されたター
ビン58に送り込まれ、ここで仕事をする。ター
ビン58の駆動力の一部は空気圧縮機50の駆動
に使用される。タービン58からの排ガス59は
熱交換器60等を経てスタツク61から大気へ放
出される。
High-temperature gas 56 generated in the combustor 52 is sent to a turbine 58 that is directly connected via a shaft to a driven machine 57 such as a generator, and does work there. A portion of the driving force of the turbine 58 is used to drive the air compressor 50. Exhaust gas 59 from the turbine 58 passes through a heat exchanger 60 and the like and is discharged from the stack 61 to the atmosphere.

燃焼器52の下流側ガス流路には、気柱振動お
よび燃焼振動を検出する圧力センサ63と、燃焼
器52にて発生する高温ガス56の温度を燃焼器
52の出口にて検出する温度センサからなる負荷
検出器62とがそれぞれ配設されている。また、
タービン58の下流側ガス流路にはタービン排ガ
ス59中の一部をサンプリングする排ガスセンサ
64が設置されている。排ガスセンサ64は、こ
の排ガスセンサ64からのサンプリングガスから
NOxおよびCO濃度をそれぞれ検出する排ガス分
析計65と、この排ガス分析計65からの検出出
力を計算器66にて読み込み可能の信号に変換す
る変換器67とを介して、計算器66のインプツ
トポートに電気的に接続されている。
A pressure sensor 63 that detects air column vibration and combustion vibration and a temperature sensor that detects the temperature of high-temperature gas 56 generated in the combustor 52 at the outlet of the combustor 52 are installed in the downstream gas flow path of the combustor 52. A load detector 62 consisting of a load detector 62 is provided respectively. Also,
An exhaust gas sensor 64 is installed in the downstream gas flow path of the turbine 58 to sample a portion of the turbine exhaust gas 59. The exhaust gas sensor 64 collects the sampled gas from the exhaust gas sensor 64.
The input of the calculator 66 is transmitted through an exhaust gas analyzer 65 that detects NOx and CO concentrations, respectively, and a converter 67 that converts the detection output from the exhaust gas analyzer 65 into a signal that can be read by the calculator 66. electrically connected to the port.

計算器66のインプツトポートはさらに、この
計算器66にて読み込み可能の信号に変換する変
換器68,69を介して負荷検出器62、圧力セ
ンサ63にそれぞれ電気的に接続されている。ま
た、計算器66のインプツトおよびアウトプツト
ポートは各予混合燃料供給系FA,FB,FCの各
調整弁54A,54B,54Cと、各流量計55
A,55B,55Cとに電気的にそれぞれ接続さ
れ、この計算器66により、各燃料供給系FA,
FB,FCから燃焼器52へ供給される燃料供給量
を各系毎に検出すると共に、各調整弁54A,5
4B,51Cを内蔵プログラムに従つて適宜開度
制御を行なう。
The input port of the calculator 66 is further electrically connected to a load detector 62 and a pressure sensor 63, respectively, via converters 68 and 69 which convert the signals into signals that can be read by the calculator 66. In addition, the input and output ports of the calculator 66 are connected to each of the regulating valves 54A, 54B, and 54C of each premixed fuel supply system FA, FB, and FC, and each flow meter 55.
A, 55B, and 55C, and this calculator 66 allows each fuel supply system FA,
The amount of fuel supplied from FB and FC to the combustor 52 is detected for each system, and each regulating valve 54A, 5
4B and 51C are appropriately controlled according to the built-in program.

この計算器66に内蔵されたプログラムは第2
図に示すように構成された燃料供給パターンを有
する。この燃料供給パターンはタービン負荷に応
じて燃焼器52へ供給すべき燃料の供給量をスケ
ジユール化した燃料スケジユール70A,70
B,70Cを各予混合燃料供給系FA,FB,FC
に対応させてそれぞれ設定している。各燃料スケ
ジユール70A,70B,70Cは燃料供給開始
順序をタービン負荷の増加方向に向けて70A,
70B,70Cの順に設定し、かつ各系により併
行に供給するようになつている。また、予混合燃
料供給系70B,70Cの燃料供給開始時である
第1、第2切換点C1,C2を所要のタービン負
荷値にそれぞれ移動可能に設定している。すなわ
ち、第1切換点C1ではこの時点迄に燃料供給中
の燃料供給系FAの供給量を階段状に所要量減少
させ、この減少分を次順の燃料供給系FBの燃料
供給開始時の立上り供給量に一致させ、以後は両
系FA,FBの2系統で同時に燃料供給する。同様
に第2切換点C2では、この時点迄に燃料供給中
の予混合燃料供給系FA,FBのうち、FB系によ
る燃料供給量を階段状に所要量減少させ、この減
少分を次順のFC系の燃料供給開始時の立上り量
に一致させている。また、これら各燃料スケジユ
ール70A,70B,70Cの所要のタービン負
荷における合計量は、第2図中一点鎖線で示す総
燃料スケジユール71に一致している。すなわ
ち、総燃料スケジユール71は燃料の種類や運転
方法等により相違する燃料供給量をタービン負荷
に応じて設定したものであり、この総燃料スケジ
ユール71の燃料供給総量FTを各燃料供給系
FA,FB,FCに所要の比率でそれぞれ分割し、
分担させたものが各燃料スケジユール70A,7
0B,70Cである。すなわち、各燃料スケジユ
ール70A,70B,70Cの各分担量をfa,
fb,fcとすれば、FT=fa+fb+fcとなる。した
がつて、燃料の種類や運転方法が異なれば総燃料
スケジユール71の燃料供給総量が変動し、各燃
料スケジユール70A,70B,70Cの各分担
量fa,fb,fcがそれぞれ変動する。そこで、計算
器66には燃料の種類や運転方法等の相違による
総燃料スケジユール71を各種設定したプログラ
ムを複数内蔵しており、燃料の種類や運転方法等
の相違に応じて適切なプログラムを適宜選択する
ようになつている。
The program built into this calculator 66 is
It has a fuel supply pattern configured as shown in the figure. This fuel supply pattern is a fuel schedule 70A, 70 that schedules the amount of fuel to be supplied to the combustor 52 according to the turbine load.
B, 70C to each premix fuel supply system FA, FB, FC
Each is set accordingly. Each of the fuel schedules 70A, 70B, and 70C sets the fuel supply start order in the direction of increasing turbine load.
70B and 70C are set in this order, and each system supplies them in parallel. Further, the first and second switching points C1 and C2, which are the times when fuel supply to the premixed fuel supply systems 70B and 70C are started, are set to be movable to required turbine load values, respectively. That is, at the first switching point C1, the supply amount of the fuel supply system FA that has been supplying fuel up to this point is reduced by the required amount in a stepwise manner, and this decrease is applied to the rise of the fuel supply start time of the next fuel supply system FB. After matching the supply amount, fuel will be supplied simultaneously from both systems FA and FB. Similarly, at the second switching point C2, of the premixed fuel supply systems FA and FB that have been supplying fuel up to this point, the required amount of fuel supplied by the FB system is reduced in a stepwise manner, and this reduction is applied to the next step. This is made to match the rise amount at the start of fuel supply for the FC system. Further, the total amount of each of these fuel schedules 70A, 70B, and 70C at a required turbine load matches the total fuel schedule 71 shown by the dashed line in FIG. In other words, the total fuel schedule 71 is a set of fuel supply amounts that vary depending on the type of fuel, operating method, etc., depending on the turbine load, and the total fuel supply amount FT of this total fuel schedule 71 is set for each fuel supply system.
Divide each into FA, FB, and FC in the required ratio,
The shared fuel schedules are 70A and 7.
0B, 70C. That is, the amount of each fuel schedule 70A, 70B, 70C is fa,
If fb and fc, then FT=fa+fb+fc. Therefore, if the type of fuel or the operating method differs, the total amount of fuel supplied in the total fuel schedule 71 will vary, and the respective amounts fa, fb, fc of each fuel schedule 70A, 70B, 70C will vary. Therefore, the calculator 66 has a plurality of built-in programs that set various total fuel schedules 71 depending on the fuel type, driving method, etc., and the appropriate program can be selected according to the difference in the fuel type, driving method, etc. It's becoming a matter of choice.

この計算器66の内蔵プログラムは第3図のフ
ローチヤートに示すように構成された制御プログ
ラムを有し、この制御プログラムに従つて各予混
合燃料供給系FA,FB,FCの各調整弁54A,
54B,54Cの開度制御が実行される。
The built-in program of this calculator 66 has a control program configured as shown in the flowchart of FIG.
Opening control of 54B and 54C is executed.

すなわち、第3図に示すように、まず、タービ
ン負荷が設定されると、計算器66の内蔵プログ
ラムにて設定された燃料パターンに従つて各予混
合燃料供給系FA,FB,FCから燃焼器52へタ
ービン負荷に応じた量の燃料が供給される。各予
混合燃料供給系FA,FB,FCからの供給量が設
定量に達する迄各調整弁54A,54B,54C
の開度制御が繰り返される。
That is, as shown in FIG. 3, first, when the turbine load is set, fuel is supplied from each premixed fuel supply system FA, FB, and FC to the combustor according to the fuel pattern set by the built-in program of the calculator 66. 52 is supplied with fuel in an amount corresponding to the turbine load. Each regulating valve 54A, 54B, 54C until the supply amount from each premix fuel supply system FA, FB, FC reaches the set amount.
The opening control is repeated.

所要の予混合燃料供給系FA,FB,FCから燃
料が燃焼器52へ供給されると、この燃料は第4
図に示すように燃焼器内筒52Aの外周の環状空
間52Bに配設された予混合室52C内へまず送
り込まれる。次に、この予混合室52Cにおい
て、燃焼器内筒52Aの外周を流通してこれを強
制的に冷却する高圧空気53に燃料が予混合さ
れ、空気穴52Dを通して燃焼器内筒52A内へ
流入する。この燃焼器内筒52A内では、予混合
燃料供給系FAの途中から分岐して燃焼ノズル5
2Eに接続された分岐路FAaを通して燃料が供
給されて拡散燃焼が既に行なわれている。したが
つて、拡散燃焼用の燃焼ノズル52Eおよびスワ
ラ52Fにより形成される逆流領域52Gには安
定した火炎が形成される。さらに、複数系の予混
合ガスのジエツト流52Hが第4図中矢印に示す
ように逆流領域52G付近に対向して流れるの
で、火炎は一層安定する。この火炎はジエツト流
52Hとして燃焼器内筒52Aへ流入する予混合
ガスの着火源となり、順次下流側へ火炎が拡散さ
れ燃焼が継続される。この予混合ガスの当量比
(φ)は燃料希薄条件、例えばφ=0.7〜0.5で混
合されているので、燃焼による火炎温度の上昇が
少ない。このために、NOxの発生量は拡散燃焼
時に比較して極端に少ない。
When fuel is supplied to the combustor 52 from the required premixed fuel supply systems FA, FB, and FC, this fuel is
As shown in the figure, the fuel is first fed into a premixing chamber 52C disposed in an annular space 52B on the outer periphery of the combustor inner cylinder 52A. Next, in this premixing chamber 52C, fuel is premixed with high pressure air 53 that flows around the outer periphery of the combustor inner cylinder 52A and forcibly cools it, and flows into the combustor inner cylinder 52A through the air hole 52D. do. In this combustor inner cylinder 52A, the premixed fuel supply system FA is branched from the middle and the combustion nozzle 5 is connected to the combustion nozzle 5.
Fuel is supplied through the branch path FAa connected to 2E, and diffusion combustion is already occurring. Therefore, a stable flame is formed in the backflow region 52G formed by the combustion nozzle 52E and swirler 52F for diffusive combustion. Furthermore, since the jet streams 52H of the plurality of premixed gases flow in opposition to the vicinity of the backflow region 52G as indicated by the arrows in FIG. 4, the flame is further stabilized. This flame serves as an ignition source for the premixed gas flowing into the combustor inner cylinder 52A as a jet flow 52H, and the flame is sequentially spread downstream to continue combustion. Since the equivalence ratio (φ) of this premixed gas is mixed under a fuel lean condition, for example, φ=0.7 to 0.5, the increase in flame temperature due to combustion is small. For this reason, the amount of NOx generated is extremely small compared to during diffusion combustion.

また、予混合ガスによる燃料希薄燃焼であるの
で、火炎放射も少なく、燃焼器内筒52Aの温度
が比較的低くできるために、燃焼器52の長寿命
化を図ることができる。
Further, since fuel lean combustion is performed using premixed gas, there is little flame radiation, and the temperature of the combustor inner cylinder 52A can be kept relatively low, so that the life of the combustor 52 can be extended.

さらに、予混合室52C内における予混合ガス
の平均流速は乱流燃焼速度より大きくなつている
ので、逆火等の現象の発生を防止することができ
る。
Furthermore, since the average flow velocity of the premixed gas in the premixing chamber 52C is greater than the turbulent combustion velocity, occurrence of phenomena such as flashback can be prevented.

さらにまた、複数系統、すなわち3系統の予混
合燃料供給系FA,FB,FCより燃焼器52へ燃
料を供給し、しかも、部分負荷値に燃料スケジユ
ール70B,70Cの燃料開始点である第1、第
2切換点C1,C2を設定しているので、第5図
に示すように部分負荷運転時におけるNOxのピ
ーク値NOxpとCOのピーク値COpとを共に低減
することができる。すなわち、第1、第2切換点
C1,C2はFBおよびFCの予混合燃料供給系に
よる燃料供給を開始する立上り点であり、燃料供
給量が零から急唆に立上るために、立上り初期で
は燃料希薄燃焼して、第5図に示すようにCOピ
ーク値COpが急上昇し、急激な燃料供給量の増量
と共にCO発生量が漸次降下させて行く。そして、
タービン負荷が漸次増えて行くと、燃焼器52の
出口温度が上昇するので、COの発生量は低下す
る。
Furthermore, fuel is supplied to the combustor 52 from a plurality of systems, that is, three premixed fuel supply systems FA, FB, and FC. Since the second switching points C1 and C2 are set, both the NOx peak value NOxp and the CO peak value COp during partial load operation can be reduced as shown in FIG. In other words, the first and second switching points C1 and C2 are the rising points at which fuel supply by the FB and FC premix fuel supply systems starts, and since the fuel supply amount rises rapidly from zero, at the initial stage of start-up, As the fuel is burnt lean, the CO peak value COp rises rapidly as shown in FIG. 5, and as the amount of fuel supplied increases rapidly, the amount of CO generated gradually decreases. and,
As the turbine load gradually increases, the outlet temperature of the combustor 52 increases, so the amount of CO generated decreases.

一方、NOxの発生量はCOの発生量と反比例し
て増減する。いずれにしてもCOピーク値COpお
よびNOxピーク値NOxpはピーク値を2箇所有
する双峰性をそれぞれ示し、全体としては低減さ
れる。
On the other hand, the amount of NOx generated increases or decreases in inverse proportion to the amount of CO generated. In any case, the CO peak value COp and the NOx peak value NOxp each exhibit bimodality with two peak values, and are reduced as a whole.

こうしてNOxおよびCO濃度を低減させた高温
ガス56はタービン58へ導入されて仕事をす
る。タービン58の駆動力の一部は空気圧縮機5
0の駆動に用いられる。このタービン58への導
入の途中、高温ガス56は温度センサからなる負
荷検出器62によりガス温度が検出されると共
に、圧力センサ63により気柱振動および燃焼振
動が検出される。これら検出器62,63からの
検出出力は各変換器68,69にて計算器用信号
に変換されてから計算器66のインプツトポート
へ入力される。計算器66は負荷検出器62から
の温度検出値を演算してタービン負荷を算出し、
タービン負荷に応じた燃料を各予混合燃料供給系
FA,FB,FCを介して燃焼器52へ供給させる。
また、計算器66は圧力センサ63および排ガス
分析計65からの各検出出力を所要の燃焼振動設
定値、NOxおよびCO濃度設定値とそれぞれ比較
し、各検出出力が各設定値を超えたときは第1、
第2切換点C1,C2のタービン負荷値を移動
し、または第1、第2切換点C1,C2における
燃料供給増減量を適宜調節し、火炎温度を変える
ことにより、燃焼振動レベルやタービン排ガス中
のNOxおよびCO濃度を制御することができる。
The hot gas 56 with reduced NOx and CO concentrations is introduced into the turbine 58 to do work. Part of the driving force of the turbine 58 is supplied to the air compressor 5
Used to drive 0. During the introduction of the high temperature gas 56 into the turbine 58, a load detector 62 consisting of a temperature sensor detects the gas temperature, and a pressure sensor 63 detects air column vibration and combustion vibration. The detection outputs from these detectors 62 and 63 are converted into calculator signals by converters 68 and 69, and then input to the input port of the calculator 66. The calculator 66 calculates the turbine load by calculating the temperature detection value from the load detector 62,
Each premixed fuel supply system supplies fuel according to the turbine load.
It is supplied to the combustor 52 via FA, FB, and FC.
In addition, the calculator 66 compares each detected output from the pressure sensor 63 and the exhaust gas analyzer 65 with the required combustion vibration set value, NOx and CO concentration set value, and when each detected output exceeds each set value, First,
By moving the turbine load values at the second switching points C1 and C2, or adjusting the fuel supply increase/decrease at the first and second switching points C1 and C2 as appropriate, and changing the flame temperature, the combustion vibration level and turbine exhaust gas NOx and CO concentrations can be controlled.

第6図は本発明の他の実施例を示す系統図であ
り、本実施例が第1図で示す実施例と相違する点
は予混合燃料供給系を2系統FA,FBにして1系
統FCを省略したことにある。これ以外は第1図
で示す実施例と殆ど同様に構成されているので、
第2図において第1図と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略する。但し、予混合燃料供
給系が2系統FA,FBであるために、これら供給
系FA,FBの燃料供給動作を制御する計算器66
のプログラムは2系統用の燃料供給パターンと1
つの切換点を設定するに過ぎない。
FIG. 6 is a system diagram showing another embodiment of the present invention, and the difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG. This is due to the omission of . Other than this, the configuration is almost the same as the embodiment shown in FIG.
In FIG. 2, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted. However, since the premixed fuel supply system has two systems FA and FB, the calculator 66 that controls the fuel supply operation of these supply systems FA and FB is required.
The program consists of a fuel supply pattern for two systems and a fuel supply pattern for one system.
It merely establishes two switching points.

本実施例によれば、予混合燃料供給系FA,FB
が2系統であるために、計算器66にプログラム
された燃料供給パターンや制御用プログラムの簡
素化を図ることができる。
According to this embodiment, the premixed fuel supply system FA, FB
Since there are two systems, the fuel supply pattern and control program programmed into the calculator 66 can be simplified.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、燃焼器に燃料を
調節可能に供給すると共にこの燃料を空気に予混
合する予混合燃料供給系を複数系統設け、これら
予混合燃料供給系による燃料供給開始時およびこ
の開始時ないしそれ以降の燃料供給量をタービン
負荷に対応させて系統毎にそれぞれ設定した燃料
供給パターンを計算器にプログラムし、計算器は
この燃料供給パターンに基づいて各予混合燃料供
給系の燃料供給動作を制御すると共に、タービン
排ガス中のNOxおよびCO濃度と、気柱振動およ
び燃焼振動との検出値により各燃料供給パターン
を適宜変更するようにした。
As explained above, the present invention provides a plurality of premix fuel supply systems that adjustably supply fuel to a combustor and premix this fuel with air, and when the fuel supply by these premix fuel supply systems starts and The fuel supply pattern set for each system is programmed into the computer by making the fuel supply amount at the start and thereafter correspond to the turbine load. In addition to controlling the fuel supply operation, each fuel supply pattern is changed as appropriate based on the detected values of NOx and CO concentrations in the turbine exhaust gas, air column vibration, and combustion vibration.

したがつて、本発明によれば、タービン負荷の
変動に応じて複数の予混合燃料供給系による燃料
供給量等を制御して予混合率を適宜調整し、燃焼
器内の火炎温度を変えることができるので、特に
部分負荷運転時におけるタービン排ガス中の
NOxおよびCO濃度を低減させると共に、気柱振
動や燃焼振動を低下することができる。また、予
混合燃料供給系より供給される燃料の種類や、ガ
スタービン容量の大小や、タービンの運転方法に
応じた燃料供給パターンをそれぞれ計算器にプロ
グラムした場合には、これら燃料種類等の変更に
応じた適切な燃料供給が図られ、プラント運転上
のコストを低減させる効果を奏する。
Therefore, according to the present invention, it is possible to control the fuel supply amount etc. by the plurality of premix fuel supply systems in accordance with fluctuations in the turbine load, adjust the premix ratio as appropriate, and change the flame temperature in the combustor. This reduces the amount of gas in the turbine exhaust gas, especially during partial load operation.
It is possible to reduce NOx and CO concentrations as well as air column vibration and combustion vibration. In addition, if the type of fuel supplied from the premixed fuel supply system, the size of the gas turbine capacity, and the fuel supply pattern according to the turbine operating method are programmed into the calculator, these fuel types, etc. can be changed. Appropriate fuel supply is achieved according to the amount of fuel, which has the effect of reducing plant operating costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るガスタービンの一実施例
を示す系統図、第2図は第1図で示す計算器にプ
ログラムされた各予混合燃料供給系の燃料供給パ
ターンのパターン図、第3図は第1図で示す計算
器に内蔵された制御プログラムのフローチヤー
ト、第4図は第1図で示す燃焼器を一部詳細に示
す部分詳細図、第5図は第1図で示す実施例のタ
ービン排ガス中のNOxおよびCO濃度分布をター
ビン負荷に対応して示すグラフ、第6図は本発明
の他の実施例を示す系統図、第7図は一般的なガ
スタービンの基本構成を示す系統図、第8図は予
混合率の上昇による燃焼器におけるNOx発生量
の低減効果を示すグラフ、第9図は従来のガスタ
ービンの系統図、第10図は第9図で示す従来の
ガスタービンのNOxおよびCO発生量をタービン
負荷に対応させて示すグラフである。 50……空気圧縮機、51……大気、52……
燃焼器、53……圧縮空気、54A,54B,5
4C……調整弁、55A,55B,55C……流
量計、56……高温ガス、57……被駆動機、5
8……タービン、59……タービン排ガス、60
……熱交換器、62……負荷検出器、63……圧
力センサ、64……排ガスセンサ、66……計算
器、67,68,69……変換器。
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the gas turbine according to the present invention, FIG. 2 is a pattern diagram of the fuel supply pattern of each premix fuel supply system programmed into the calculator shown in FIG. 1, and FIG. The figure is a flowchart of the control program built into the calculator shown in Fig. 1, Fig. 4 is a partially detailed diagram showing the combustor shown in Fig. 1 in some detail, and Fig. 5 is the implementation shown in Fig. 1. A graph showing the NOx and CO concentration distribution in the example turbine exhaust gas in response to the turbine load, Fig. 6 is a system diagram showing another embodiment of the present invention, and Fig. 7 shows the basic configuration of a typical gas turbine. Fig. 8 is a graph showing the effect of reducing the amount of NOx generated in the combustor by increasing the premixing ratio, Fig. 9 is a system diagram of a conventional gas turbine, and Fig. 10 is a graph showing the effect of reducing the amount of NOx generated in the combustor by increasing the premixing ratio. 2 is a graph showing the amount of NOx and CO generated by a gas turbine in response to turbine load. 50...Air compressor, 51...Atmosphere, 52...
Combustor, 53...Compressed air, 54A, 54B, 5
4C... Regulating valve, 55A, 55B, 55C... Flow meter, 56... High temperature gas, 57... Driven machine, 5
8... Turbine, 59... Turbine exhaust gas, 60
... Heat exchanger, 62 ... Load detector, 63 ... Pressure sensor, 64 ... Exhaust gas sensor, 66 ... Calculator, 67, 68, 69 ... Converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 燃焼器と、これに燃料を調節可能に供給する
と共にこの燃料を空気に予混合する複数の予混合
燃料供給系と、これら予混合燃料供給系の各燃料
供給開始時およびこの開始時ないしそれ以降の燃
料供給量をタービン負荷に対応させて設定した燃
料供給パターンを前記各予混合燃料供給系毎にそ
れぞれプログラムすると共に、この燃料供給パタ
ーンには燃料供給開始順が次順となる予混合燃料
供給系の燃料供給開始量をその前系の減少分に等
しくさせた切換点を部分負荷値に複数設けた計算
器と、前記燃焼器の出口温度を検出する負荷検出
器と、上記燃焼器の下流にて気柱振動および燃焼
振動を検出する圧力センサと、タービン排気ガス
中のNOxおよびCO濃度を検出する排ガスセンサ
とを有し、上記計算器は上記負荷検出器からの検
出出力よりタービン負荷を演算しこのタービン負
荷に対応した燃料供給量を燃料供給パターンより
求めて各予混合燃料供給系より供給させると共
に、上記圧力センサおよび排ガスセンサからの検
出信号の検出値に応じて上記燃料供給パターンの
切換点およびこの切換点における燃料供給量を調
整することによりタービン排ガス中のNOxおよ
びCO濃度を適宜制御することを特徴とするガス
タービン。 2 計算器は、予混合燃料供給系より供給する燃
料の種類やタービン運転方法に応じた燃料供給パ
ターンをそれぞれ設定したプログラムをそれぞれ
内蔵している特許請求の範囲第1項に記載のガス
タービン。
[Scope of Claims] 1. A combustor, a plurality of premix fuel supply systems that adjustably supply fuel to the combustor and premix this fuel with air, and at the start of each fuel supply of these premix fuel supply systems. A fuel supply pattern is programmed for each of the premixed fuel supply systems, in which the fuel supply amount from the start to the subsequent time corresponds to the turbine load. a calculator in which a partial load value is provided with a plurality of switching points where the fuel supply start amount of the premixed fuel supply system in the order is equal to the decrease in the preceding system; and a load detector that detects the exit temperature of the combustor. and a pressure sensor that detects air column vibration and combustion vibration downstream of the combustor, and an exhaust gas sensor that detects NOx and CO concentrations in the turbine exhaust gas, and the calculator is connected to the load detector. The turbine load is calculated from the detection output of the turbine load, and the fuel supply amount corresponding to this turbine load is determined from the fuel supply pattern and is supplied from each premix fuel supply system. A gas turbine characterized in that NOx and CO concentrations in turbine exhaust gas are appropriately controlled by adjusting the switching point of the fuel supply pattern and the fuel supply amount at this switching point accordingly. 2. The gas turbine according to claim 1, wherein each of the calculators has a built-in program that respectively sets a fuel supply pattern according to the type of fuel supplied from the premix fuel supply system and the turbine operating method.
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