JPH07189746A - ガスタービン燃焼器の制御方法 - Google Patents

ガスタービン燃焼器の制御方法

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JPH07189746A
JPH07189746A JP5334900A JP33490093A JPH07189746A JP H07189746 A JPH07189746 A JP H07189746A JP 5334900 A JP5334900 A JP 5334900A JP 33490093 A JP33490093 A JP 33490093A JP H07189746 A JPH07189746 A JP H07189746A
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gas turbine
controlling
combustion
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JP5334900A
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Isao Sato
勲 佐藤
Fumiyuki Hirose
文之 広瀬
Minoru Takaba
稔 鷹羽
Akira Shimura
明 志村
正衛 ▲高▼橋
Masae Takahashi
Hiroshi Ikeda
池田  啓
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/48Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
    • F02C9/50Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/07Purpose of the control system to improve fuel economy
    • F05D2270/071Purpose of the control system to improve fuel economy in particular at idling speed

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】低NOx燃焼器を採用しているガスタービンに
おいて負荷変動時の圧縮機入口案内翼の燃料変化に対す
る遅れを抑え、空気過剰になることによる燃空比の落ち
込みが無くなるため予混合燃焼の安定性を改善すること
が本出願の目的である。 【構成】ガスタービンの負荷運用に対し、燃料流量の調
整と空気流量の調整を圧縮機1入口案内翼50開度を制
御し、燃焼温度の調整を行い、予混合燃焼を採用する低
NOx燃焼器で構成される。 【効果】ガスタービン負荷制御に対しては圧縮機入口案
内翼変化による空気流量調整と燃料流量制御によって行
うが、定格負荷状態からの減負荷時において、圧縮機入
口内翼の開度を燃料流量減少の変化に追従させ、圧縮機
入口内翼開度を制御し、案内翼開度の閉動作遅れを小さ
くすることにより、燃空比の落ちこみを抑え予混合燃焼
の安定性を向上させるように制御し、安定燃焼を行うこ
とが出来る効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は環境対応型ガスタービン
燃焼器において負荷変動,降下時に圧縮機入口内翼の開
度を燃料指令信号もしくは燃料流量減少の変化に追従さ
せ、圧縮機入口内翼開度を制御し、案内翼開度の閉動作
遅れを小さくするように制御し、燃料/空気重量比の落
ちこみを抑え燃焼の安定性を向上させ、燃焼安定化を行
いながら、低NOx燃焼を実現させるための運転制御方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術では、負荷変化に応じて圧縮
機入口案内翼開度を変化させながら、燃料流量を制御す
る場合において特に、負荷降下時には燃料流量の減少変
化を行い、圧縮機入口内翼の閉動作制御を行っている
が、燃料流量の減少に対して圧縮機入口内翼開度の閉動
作が遅れるため、予混合部の燃料/空気比が減少する
(空気が過剰となる)ため、燃焼不安定になる不具合が
発生する事象があった。
【0003】また、大気温度が低下した冬期の負荷降下
においては空気密度が大きくなるために流量が増加し、
圧縮機入口内翼開度の閉動作が遅れるため、更に空気流
量が過剰となるため、予混合部の燃焼が不安定になり易
く、年間を通じての安定燃焼制御が出来ない問題を有し
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本出願においては従来
技術において実現出来なかった、冬季,夏季を通じての
負荷降下時における予混合燃焼の安定性を向上させ年間
を通じて安定化燃焼制御を行い信頼性のガスタービン制
御を行い、かつ、低NOx燃焼器の燃焼制御方法を提供
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】冬季,夏季を通じ、定格
負荷からの負荷降下時に燃料流量の減少に伴い、排気温
度制御から圧縮機入口案内翼の制御への移行は排気温度
の低下に見合い、圧縮機入口案内翼の制御線を変化させ
るように制御し、圧縮機入口案内翼の閉動作の遅れを無
くし、燃空比の落ちこみを抑え、年間を通じて予混合燃
焼の安定化制御が出来るようにし、信頼性の高いガスタ
ービン制御及び、低NOx燃焼器の安定化燃焼制御方法
を提供するものである。
【0006】本発明は、ガスタービン出力に応じて燃料
流量を制御すると共に燃料と混合される燃焼空気流量を
ある範囲内に制御するガスタービンの制御装置であっ
て、負荷変化時に燃料制御指令信号に追従させて燃焼空
気流量を制御し、一定の燃空比範囲を保つように制御す
ることを特徴とするガスタービンの制御方法にある。
【0007】好ましくは、燃焼空気流量をある範囲内に
制御する手段として負荷変動時に圧縮機入口内翼の開度
を燃料指令信号もしくは燃料流量の増加,減少変化に追
従させ、圧縮機入口案内翼開度を制御し、案内翼の開度
の動作遅れを小さくするように制御することを特徴とす
る。
【0008】好ましくは、定格負荷からの負荷降下時に
燃料指令信号もしくは燃料流量の減少変化に追従させ圧
縮機入口内翼の開度を制御し、案内翼の閉動作遅れを小
さくするように制御することを特徴とする。
【0009】好ましくは、定格負荷からの負荷降下時に
排気温度制御から圧縮機入口案内翼の制御への移行は排
気温度の低下に見合い、圧縮機入口案内翼の制御線を変
化させることを特徴とする。
【0010】好ましくは、排気温度制御から圧縮機入口
案内翼の制御への移行時の排気温度の変化は1℃以下で
あることを特徴とする。
【0011】更に、本発明は、圧縮機入口案内翼制御か
ら排気温度制御への移行時の単位時間当りの排気温度変
化率は大きく、排気温度制御から圧縮機入口案内翼制御
への移行時の単位時間当りの排気温度変化率は小さく制
御することを特徴とする。
【0012】
【作用】ガスタービン負荷制御に対しては圧縮機入口案
内翼変化による空気流量調整と燃料流量制御によって行
うが、定格負荷状態からの減負荷時において、圧縮機入
口内翼の開度を燃料流量減少の変化に追従させ、圧縮機
入口内翼開度を制御し、案内翼開度の閉動作遅れを小さ
くすることにより、燃空比の落ちこみを抑え予混合燃焼
の安定性を向上させるように制御するものである。
【0013】
【実施例】図1に本発明の一実施例を示す。
【0014】図1に予混合燃焼方式を採用した2段燃焼
式低NOx燃焼器を採用したガスタービンの系統断面図
を示したものである。本図において、圧縮機1からの空
気2は燃焼器3へと導かれ燃焼ガス4となってタービン
部5へと流入するようになっており、圧縮機の入口には
空気流量を調整する案内翼50が設置されている。
【0015】燃焼器3は1段目燃焼部6と2段目燃焼部
7より構成されており、燃料供給は1段目燃焼部6への
燃料8と2段目燃焼部への燃料9の供給によって行う。
2段目燃焼部7は燃焼用空気10と燃料ノズル11から
の燃料9が予混合内部12にて混合する予混合方式を採
用している。
【0016】燃焼用空気10の流量調節は空気流量調節
機13により燃料流量に応じて規定された燃料9と空気
10流量比になるように制御される。
【0017】ガスタービンの起動及び負荷制御は燃料流
量の調整とタービン回転数及び圧縮機入口案内翼開度を
変化させることで行っている。
【0018】先に、予混合燃焼方式を採用した2段燃焼
式低NOx燃焼器を採用したガスタービン系統の断面図
を示したが、本発明は前述したガスタービンの制御に関
するものであり、燃焼ガスの通路を形成する部材保護の
ため燃焼温度が許容値以下になるように燃焼器へ供給す
る燃料流量及び空気流量を制御している。燃料流量は燃
料制御弁によって行い、空気流量は圧縮機入口案内翼の
開度を調整することに依って行っている。燃料流量と空
気流量によって燃焼温度が設定されるが、燃焼温度を直
接計測することは1000℃を超える高温度であること
から計測器の信頼性及び耐久性に難があり、長期間運用
に使用することは不可能であることから、通常は燃焼ガ
スがタービン部にて仕事をした後の1000℃以下の低
温度部における排気ガス温度計測し、ガスタービン負荷
を制御する方法を採用している。ガスタービン負荷に対
する燃焼温度の設定一般的には圧縮機の吐出圧力と排気
ガス温度の関係によって設定されガスタービンの制御と
しては運転中の圧縮機吐出圧力を常時計測し、図2に示
すように圧縮機吐出圧力と排気ガス温度の関係が与えら
れ、この排気ガスの温度になるように燃料流量および空
気流量を圧縮機入口案内翼の開度を調整することで行っ
ている。
【0019】排気ガス温度の設定には圧縮機入口案内翼
の開度を制御するための設定(IGV制御線)と、更にその
温度設定に対しては圧縮機入口案内翼の開度が全開状態
の時に燃料流量のみを制御する、排気ガス温度制御設定
線の2つの制御設定を設けている。入口案内翼が全開し
た時点での運用では負荷の要求に応じて燃料流量が変化
し、排気温度が変化するため、これに追従し、圧縮機入
口案内翼が変化することで負荷に対応する。
【0020】定格負荷では入口案内翼開度が全開状態で
燃料流量のみの調整を行っている排気ガス温度制御の状
態であり、この時、IGV制御線は排気ガス温度制御線
に近い約1℃低下している状態になるように設定する。
この状態からの負荷降下時にはまず、燃料流量が減少さ
せ、排気ガス温度が低下し、制御線から外れるとIGV制
御線までの排気温度降下の設定率を規定する。このよう
に圧縮機入口案内翼開度の変化を排気ガス温度の降下に
追従させて制御させるものである。
【0021】本発明では燃空比を4%改善するため、年
間を通じて予混合燃焼の安定性が向上することになり、
この制御系統例を図3に示す。
【0022】排気温度はガスタービン出口部に13〜1
7本取り付けられており、排気温度の設定値51と排気
温度の中央値52とを比較する加算器53を介して温度
差54を取だし一方は判定器55へ、他方は最終加算器
56へ導く。判定器55に道びかれた信号57は最高0
℃から−1℃低下した場合に5秒待ってIGV温度最小
設定値58を1℃と5℃に対して、加算器59を介しレ
ートリミッタ60に導き排気温度制御から圧縮機入口案
内翼制御への移行時の温度変化量、5℃を1℃にする場
合には温度変化率を遅くし、0.1℃/s とし、排気温
度制御への移行時には温度変化量、1℃から5℃に変化
させる場合には1.0℃/s の温度変化率を早くするよ
うに制御する。
【0023】このような制御を実施することにより運転
制御線61は負荷上昇時62,負荷降下時63では異な
り負荷降下時63における排気温度の落ちこみが抑えら
れる。この制御によると、図4に示すように圧縮機入口
案内翼開度に影響される圧縮機吐出圧力と排気ガス温度
との関係を示す。図4に示すように燃料の減少に対して
圧縮機入口案内翼開度の追従性が良くなるため、排気ガ
ス温度の落ちこみが小さくなっている。従来技術に比べ
排気ガス温度の落ち込みが少なく、予混合燃焼部の燃空
比の低下を抑えることができ、燃焼の安定性を向上する
ことが出来る。この制御によると燃空比の落ちこみを約
4%改善することが燃焼安定性に対する裕度を拡大する
ことが出来ガスタービンの安定運用に大きく貢献する。
【0024】また、大気温度が低くなると圧縮機吸い込
み空気流量は大気温度が1℃低下するにつれて約1.8
% 増加し、夏季に対して冬季における燃空比は減少す
る。更に、従来方式の制御においては4%燃空比が低下
していたが、本制御を行うことにより安定性を向上させ
ることができる。
【0025】
【発明の効果】本発明によりガスタービンの負荷運用に
対して圧縮機入口案内翼の制御の追従性を向上すること
ができるため、定格負荷近傍からの負荷降下時において
圧縮機入口案内翼の閉動作遅れ時間を抑えることができ
るため、空気過剰による燃空比の落ちこみを抑えること
ができるため、燃焼安定性を向上することができ、年間
を通じて低NOx化を行いながら安定燃焼を維持出来る
効果を生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図1】予混合燃焼方式2段燃焼式低NOx燃焼器を採
用した場合のガスタービン系統断面図。
【図2】圧縮機入口案内翼追従性改善の制御系統図。
【図3】圧縮機入口案内翼追従性改善の概念図。
【図4】本発明における圧縮機入口案内翼追従性改善の
効果確認図。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…空気、3…燃焼器、4…燃焼ガス、5
…タービン部。
フロントページの続き (72)発明者 志村 明 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 ▲高▼橋 正衛 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 池田 啓 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービン出力に応じて燃料流量を制御
    すると共に燃料と混合される燃焼空気流量をある範囲内
    に制御するガスタービンの制御装置において、 負荷変化時に燃料制御指令信号に追従させて燃焼空気流
    量を制御し、一定の燃空比範囲を保つように制御するこ
    とを特徴とするガスタービンの制御方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のガスタービンの制御方法に
    おいて、 燃焼空気流量をある範囲内に制御する手段として負荷変
    動時に圧縮機入口内翼の開度を燃料指令信号もしくは燃
    料流量の増加,減少変化に追従させ、圧縮機入口案内翼
    開度を制御し、案内翼の開度の動作遅れを小さくするよ
    うに制御することを特徴とするガスタービンの制御方
    法。
  3. 【請求項3】請求項2記載のガスタービンの制御方法に
    おいて、 定格負荷からの負荷降下時に燃料指令信号もしくは燃料
    流量の減少変化に追従させ圧縮機入口内翼の開度を制御
    し、案内翼の閉動作遅れを小さくするように制御するこ
    とを特徴とするガスタービンの制御方法。
  4. 【請求項4】請求項3記載のガスタービンの制御方法に
    おいて、 定格負荷からの負荷降下時に排気温度制御から圧縮機入
    口案内翼の制御への移行は排気温度の低下に見合い、圧
    縮機入口案内翼の制御線を変化させることを特徴とする
    ガスタービンの制御方法。
  5. 【請求項5】請求項4記載のガスタービンの制御方法に
    おいて、 排気温度制御から圧縮機入口案内翼の制御への移行時の
    排気温度の変化は1℃以下であることを特徴とするガス
    タービンの制御方法。
  6. 【請求項6】請求項5記載のガスタービンの制御方法に
    おいて、 圧縮機入口案内翼制御から排気温度制御への移行時の単
    位時間当りの排気温度変化率は大きく、排気温度制御か
    ら圧縮機入口案内翼制御への移行時の単位時間当りの排
    気温度変化率は小さく制御することを特徴とするガスタ
    ービン燃焼器の制御方法。
JP5334900A 1993-12-28 1993-12-28 ガスタービン燃焼器の制御方法 Pending JPH07189746A (ja)

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