JPH0610426B2 - ガスタ−ビン制御装置 - Google Patents

ガスタ−ビン制御装置

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JPH0610426B2
JPH0610426B2 JP60207813A JP20781385A JPH0610426B2 JP H0610426 B2 JPH0610426 B2 JP H0610426B2 JP 60207813 A JP60207813 A JP 60207813A JP 20781385 A JP20781385 A JP 20781385A JP H0610426 B2 JPH0610426 B2 JP H0610426B2
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JP
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gas turbine
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nox
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JP60207813A
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仁志 唐澤
一衛 永田
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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の制御装置に係り、特にガスター
ビンからの公害排出物NOxの濃度制御を可能としたガ
スタービンの制御装置に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕
一般に、ガスタービンにおける燃焼器においては、燃料
ノズル6が1個または複数個の場合においても、燃焼に
よって生ずる高温ガスのため、いわゆるサーマルNOx
と称するNOxが大量に発生する。
そこで、局所的な火炎温度の低減を図り上記サーマルN
Oxと称するNOxの発生を少なくするために予混合法
が提案されている。
第4図は、上記予混合法を利用した燃焼器を有する基本
的なガスタービン装置の構成図であって、空気圧縮機1
によって圧縮された大気は高圧空気となって燃焼器2に
流入する。上記燃焼器2は円筒状の燃焼筒3を有し、そ
燃焼筒3の外周部に環状領域4を形成するように外筒5
が同心的に配設され、上記燃焼筒3の一端部に燃料ノズ
ル6が設けられている。そこで、上記燃焼器2に流入し
た高圧空気は、上記燃焼筒3と外筒5により形成された
環状領域4を通り、燃焼筒3を強制対流冷却しながら、
その燃焼筒3の外周壁に形成された空気穴7および前記
燃料ノズル6の外周部に設けられたスワラ8等により燃
焼筒3内に流入する。一方、燃料は、ガスタービン負荷
に対応して燃料流量調整弁9によって流量が制御され、
燃料ノズル6により燃焼筒3内の逆流領域10近傍に噴
出せしめられ、点火装置11により着火され、前記スワ
ラ8および空気穴7から流入した高圧空気とともに燃焼
し、定容定圧燃焼が継続して高温ガスが発生される。し
かして、この高温ガスはガスタービン12に導びかれて
動力を発生し、この動力は空気圧縮機1の駆動動力とし
て一部を消費し、残りの動力は例えば発電機の如き被駆
動機13の駆動動力として消費される。
ところで、燃焼筒3の外側部には予混合室14が形成さ
れており、第2の燃料流量調整弁9aによって流量調整
された燃料が上記予混合室14に供給され、そこで燃焼
筒3内に流入する前に高圧空気と予混合され、予混合室
14に設けられた複数個の穴15を通って燃焼筒3内に
流入する。そして、上記燃焼筒3内において、前記燃料
ノズル6から噴射された燃料の燃焼によって発生した高
温ガスによって着火され、低い燃焼温度で燃焼しNOx
の発生が抑制される。
第5図は燃空比に対するNOxの変化を示す図であり、
予混合なしの場合におけるNOx発生量が曲線Aのよう
になるのに対し、例えば燃料希薄条件で予混合すると、
その予混合割合に応じてNOxの発生量は曲線Bのよう
になり、局所的火炎温度の低下が可能となり、NOx低
減が可能となる。
ところが、例えば気象条件(湿度、大気温度等)が変化
した場合、或はガスタービン停止後間もない状態(ホッ
ト状態)からの起動時等においては、予め設定された燃
料ノズル6から噴射される燃料と予混合室に供給される
燃料との燃料分配比率では、NOx発生量が予想より多
くなることがあり、上記装置においては必ずしもNOx
発生量を規定値以内に抑えることができないことがある
等の問題がある。
〔発明の目的〕
本発明はこのような点に鑑み、複数系統の燃料系統を設
け、予混合気の供給を複数段にわたって段階的に行なう
ようにしたものにおいて、予混合割合を適正な排ガスN
Ox値となるように制御することにより、NOxの増加
を効果的に防止し得るようにしたガスタービンの制御装
置を得ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、それぞれ燃焼器への燃料流量を制御可能な複
数の燃料系統と、燃料ノズルから燃料を噴出させる燃料
系統以外の燃料系統の燃料をそれぞれ高圧空気と予混合
させ、その予混合された燃料を燃焼筒内に供給する複数
の混合室と、タービン負荷に応じて、複数系統の燃料流
量の総和を制御し、単一燃料系統から順次複数燃料系統
への切換えを行なって、予混合された燃料の供給を段階
的に行なわせるようにしたガスタービン制御装置におい
て、排ガス濃度が所定値以上になったとき予混合室への
燃料供給量を増加し、上記燃料ノズルから噴出させる燃
料との燃料供給比率を変更する制御器を設けたことを特
徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を説明する。
第4図において、燃焼筒3の一端に設けられた燃料ノズ
ル6には、第1の系統の燃料fが燃料流量調整弁9を
介して供給されるとともに、その燃料の一部が空気圧縮
機1から送給された高圧空気の一部とともにスワラ8を
経て上記燃焼筒3内に供給され、当該部で燃焼が行なわ
れる。
ところで、上記燃焼筒3の外周部には、独立した予混合
室14が設けられ、予混合室14に、第2系統の燃料f
が燃料流量調整弁9aを介して供給され、そこで空気
圧縮機1から吐出された高圧空気の一部とそれぞれ予混
合した後、予混合室14に設けられた穴15より燃焼筒
3内に噴入され、当該部で燃焼される。
ところで、燃料流量調整弁9,9aは、第2図に示すよ
うに、燃焼制御器16からの出力信号によってそれぞれ
作動制御されるようにしてあり、上記燃焼制御器16に
は、負荷増減信号Lが入力されるとともに、タービン1
2の排気部に設けられた排気温度センサー17からの排
気温度信号、およびタービン速度センサー19からの速
度信号がフィードバックされ、さらに各燃料流量調整弁
9,9aにそれぞれ設けられた弁開度検出器20,21
からの弁開度信号がフィードバックされる。
第1図は、上記燃料制御器16の制御ブロツク図であっ
て、ガスタービン負荷増減信号Lが燃焼制御器16の負
荷設定器22に入力すると、その負荷設定器22が作動
して負荷指令が出力され、この負荷指令は速度センサー
19より得られる速度信号と比較器23で比較され、そ
の偏差信号が速度負荷制御部24を介して低値優先回路
25に入力される。上記低値優先回路25には、排気温
度センサー17からの排気温度信号を入力する排気温度
制御部26の出力と、起動時制御部27の出力が同様に
入力されており、これらの3信号の低値により燃料要求
指令信号gが出力される。上記低値優先回路25は、速
度負荷信号に優先してガスタービン保護のための排気温
度制御信号を選択したり、起動時の燃料制御を行なうた
めのもので、通常は排気温度が制限内であれば、負荷指
令に応じて燃料要求指令信号gが出力される。
ところで、上記燃料要求指令信号gは、第1の関数発生
器28、第2の関数発生器29に入力され、上記第1の
関数発生器28では、上記燃料要求指令信号gに対応す
る第1系統の燃料fの流量指令信号が出力され、この
信号から減算器30でステップ信号発生器31からのス
テップ信号が減算され、その偏差信号が流量−弁リフト
変換器32で弁リフト信号となり、減算器33、パワー
アンプ34を介して燃料流量調整弁9に入力され、その
燃料流量調整弁9の開度が制御される。また、上記燃料
流量調整弁9の開度は弁開度検出器20によって検出さ
れ、減算器33にフィードバックされる。
一方、第2の関数発生器29では、タービン負荷が低負
荷域における所定値になったとき、燃料要求指令信号g
に応じて第2系統の燃料fの流量指令信号が出力さ
れ、これが加算器35において前記バスアス設定器31
からのバイアス信号が加算され、その出力信号が流量−
弁リフト変換器36で弁リフト信号となり、減算器3
7、パワーアンプ38を介して燃料流量調整弁9aに入
力され、その燃料流量調整弁9aの開度が制御される。
そして、その燃料流量調整弁9aの開度は弁開検出器2
1によって検出され、減算器37にフィードバックされ
る。
ここで、関数発生器28,29は、あらかじめNOx排
出量を適正値内に押えるように設定されたカーブで、燃
料流量指令信号gに対する予混合を行なう第2の燃料流
量調整弁9aの分担量を決めるものであり、またステッ
プ信号発生器31は第2の燃料流量調節弁の開き始め時
の燃料制御を円滑に行なうようにするためのものであ
る。
上記制御系統は従来と同様であるが、本発明において
は、燃焼制御器16には、排ガスNOxセンサー18か
らのNOx量信号もフィードバックされており(第2
図)、そのNOxセンサー18で得られたNOx値が、
減算器39でNOx設定値40と比較され、例えば比例
積分器等の制御器41でNOx量偏差を解消するための
制御指令が演算され、加算器30,35にバイアス信号
として加えられる。しかして、このバイアス信号は燃料
流量gにもとずいて決められた関数カーブ28,29に
対してNOx量による修正を行なう働きを有し、例えば
気象条件(湿度、大気温度等)で、NOx発生量が予想
より変った場合に予混合割合を変化させ、NOx量を適
正値に制御することができる。
第3図(a),(b)はそれぞれ上記制御の様子を示す
図であって、第3図(b)の線a,bはそれぞれあらか
じめ設定された関数発生器28,29によって生ずる燃
料流量調整弁9,9aによって得られる燃料流量の負荷
に対するカーブである。そこで、今例えばNOx量が第
3図(a)のdのように上昇したとすると、NOx設定
値とNOx量との偏差が生じ、制御器41により修正バ
イアス信号が出力され、燃料流量調整弁9aによる燃料
流量が第3図(b)のfのように増加せしめられ、一方
燃料流量調整弁9による燃料流量は加算器30を介して
eのように減少せしめられ、合計燃料量gは一定に保持
される。したがって、前記予混合割合が増加し、NOx
量がNOx設定値に近づくように減少方向に制御され、
最終的にはNOx量はNOx設定値に制御される。
なお、上記実施例において2系統の燃料制御について説
明したが、NOx排出量等との兼合いで、3系統等にし
てもよい。また、排ガス濃度は空気流量、燃料流量等に
よって演算して得られる排ガス予想値としてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明においては複数の燃料系統
を設け燃焼筒内に予混合した燃料を順次段階的に供給す
るようにしたものにおいて、予混合割合を制御して排ガ
ス濃度を制御するようにしたので、気象条件が変化しN
Ox発生量が予想以上に変わるような場合でも排ガス濃
度が規制値以上になることを確実に防止することがで
き、高効率なガスタービンの運転を行なうことができ
る。しかも、水や蒸気を噴射するものでないから、効率
低下を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の制御装置における燃料制御器のブロッ
ク図、第2図は本発明の制御装置の概略系統図、第3図
(a)(b)はそれぞれ本発明の作動説明図、第4図は
予混合方式の燃料器を使用した基本的なガスタービン装
置の構成図、第5図は燃空比に対するNOxの変化線図
である。 1……空気圧縮機、2……燃焼器、6……燃料ノズル、
9,9a……燃料流量調整弁、14……予混合室、16
……燃焼制御器、18……排ガスNOxセンサー、28
……第1の関数発生器、29……第2の関数発生器、3
0……減算器、31……ステップ信号発生器、35……
加算器、39……減算器、41……制御器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれ燃焼器への燃料流量を制御可能な
    複数の燃料系統と、燃料ノズルから燃料を噴出させる燃
    料系統以外の燃料系統の燃料をそれぞれ高圧空気と予混
    合させ、その予混合された燃料を燃焼筒内に供給する複
    数の混合室と、タービン負荷に応じて、複数系統の燃料
    流量の総和を制御し、単一燃料系統から順次複数燃料系
    統への切換えを行なって、予混合された燃料の供給を段
    階的に行なわせるようにしたガスタービン制御装置にお
    いて、排ガス濃度が所定値以上になったとき予混合室へ
    の燃料供給量を増加し、上記燃料ノズルから噴出させる
    燃料との燃料供給比率を変更する制御器を設けたことを
    特徴とするガスタービン制御装置。
JP60207813A 1985-09-20 1985-09-20 ガスタ−ビン制御装置 Expired - Lifetime JPH0610426B2 (ja)

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CN107100743B (zh) * 2017-04-28 2019-03-22 申能股份有限公司 一种燃机燃烧自动调节系统及调节方法

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