JPH0868537A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
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- JPH0868537A JPH0868537A JP20662794A JP20662794A JPH0868537A JP H0868537 A JPH0868537 A JP H0868537A JP 20662794 A JP20662794 A JP 20662794A JP 20662794 A JP20662794 A JP 20662794A JP H0868537 A JPH0868537 A JP H0868537A
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- combustion
- fuel
- flame
- gas turbine
- stage
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、逆流火炎の発生を正確にかつ高速に
検知して燃焼器の健全に動作を保持する。 【構成】パイロット燃料をパイロット燃料ノズル１３か
ら燃焼室１１に噴射して拡散燃焼を行い、これと共にメ
イン燃料を燃焼用空気と予混合して予混合燃焼を行う場
合、このときの燃焼火炎が光学的に光ファイバー３０に
より検知され、この燃焼火炎の波長から逆流火炎である
かを逆火解析装置３３より解析し、この解析の結果、逆
流火炎の発生の場合、メイン燃料による予混合燃焼を停
止し、このメイン燃料を切替え燃料としてパイロット燃
料ノズル１３から噴射する。
検知して燃焼器の健全に動作を保持する。 【構成】パイロット燃料をパイロット燃料ノズル１３か
ら燃焼室１１に噴射して拡散燃焼を行い、これと共にメ
イン燃料を燃焼用空気と予混合して予混合燃焼を行う場
合、このときの燃焼火炎が光学的に光ファイバー３０に
より検知され、この燃焼火炎の波長から逆流火炎である
かを逆火解析装置３３より解析し、この解析の結果、逆
流火炎の発生の場合、メイン燃料による予混合燃焼を停
止し、このメイン燃料を切替え燃料としてパイロット燃
料ノズル１３から噴射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン排気ガス
注に含まれるＮＯｘ濃度を低減させるために予混合燃焼
方式を採用しているガスタービン燃焼器に関する。
注に含まれるＮＯｘ濃度を低減させるために予混合燃焼
方式を採用しているガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ガスタービン燃焼器におけるＮ
Ｏｘの発生要因は、燃料と空気との当量比が１に近い燃
焼領域が燃焼ガス中に発生し、この燃焼領域において燃
焼ガスが局部的に高温化することにある。
Ｏｘの発生要因は、燃料と空気との当量比が１に近い燃
焼領域が燃焼ガス中に発生し、この燃焼領域において燃
焼ガスが局部的に高温化することにある。
【０００３】このような要因で発生するＮＯｘを抑制す
る技術としては、稀薄予混合燃焼方式がある。この稀薄
予混合燃焼方式を適用した燃焼器には、例えば特開昭６
１−１１０８１７号公報に開示されている技術がある。
る技術としては、稀薄予混合燃焼方式がある。この稀薄
予混合燃焼方式を適用した燃焼器には、例えば特開昭６
１−１１０８１７号公報に開示されている技術がある。
【０００４】図７はかかる燃焼器の構成図である。燃焼
器ライナ１には、予混合ダクト２が設けられ、かつその
内部には燃焼室３が形成されている。このような構成で
あれば、第１段燃料としてのパイロット燃料４ａが燃焼
室３内に噴射されて拡散燃焼し、これと共に第２段燃料
としてのメイン燃料４ｂが予混合ダクト２に送られて燃
焼用空気５と混合されて予混合ガス６となり、この予混
合ガス６が燃焼室３に噴射されて予混合燃焼する。
器ライナ１には、予混合ダクト２が設けられ、かつその
内部には燃焼室３が形成されている。このような構成で
あれば、第１段燃料としてのパイロット燃料４ａが燃焼
室３内に噴射されて拡散燃焼し、これと共に第２段燃料
としてのメイン燃料４ｂが予混合ダクト２に送られて燃
焼用空気５と混合されて予混合ガス６となり、この予混
合ガス６が燃焼室３に噴射されて予混合燃焼する。
【０００５】しかしながら、予混合ガス６は、可燃性ガ
スであるため、燃焼室３から予混合ダクト２内に逆流す
る逆流火炎等により予混合ダクト２内において燃焼する
可能性がある。
スであるため、燃焼室３から予混合ダクト２内に逆流す
る逆流火炎等により予混合ダクト２内において燃焼する
可能性がある。
【０００６】そこで、このような予混合ダクト２内にお
ける逆流火炎を回避するためのガスタービン燃焼器とし
ては、次に示す技術がある。図８はかかるガスタービン
燃焼器の構成図である。
ける逆流火炎を回避するためのガスタービン燃焼器とし
ては、次に示す技術がある。図８はかかるガスタービン
燃焼器の構成図である。
【０００７】燃焼器ライナ１０の内部には、燃焼室１１
が形成されている。この燃焼器ライナ１０は、ヘッドプ
レート１２の中央部に取り付けられた第１段燃料ノズル
としてのパイロット燃焼ノズル１３と接続されている。
が形成されている。この燃焼器ライナ１０は、ヘッドプ
レート１２の中央部に取り付けられた第１段燃料ノズル
としてのパイロット燃焼ノズル１３と接続されている。
【０００８】この燃焼器ライナ１０の外周壁には、予混
合ダクト１４が設けられ、かつこの予混合ダクト１４に
は、ヘッドプレート１２に取り付けられたメイン燃焼ノ
ズル１５が接続されている。
合ダクト１４が設けられ、かつこの予混合ダクト１４に
は、ヘッドプレート１２に取り付けられたメイン燃焼ノ
ズル１５が接続されている。
【０００９】一方、燃料管１６には、燃料遮断弁１７及
び燃料流量調整弁１８が設けられている。この燃料管１
６は、燃料流量調整弁１８の先で２方向に分配され、そ
のうち一方の分配燃料管１６ａがパイロット燃焼ノズル
１３に接続され、他方の分配燃焼管１６ｂがメイン燃焼
ノズル１５に接続されている。
び燃料流量調整弁１８が設けられている。この燃料管１
６は、燃料流量調整弁１８の先で２方向に分配され、そ
のうち一方の分配燃料管１６ａがパイロット燃焼ノズル
１３に接続され、他方の分配燃焼管１６ｂがメイン燃焼
ノズル１５に接続されている。
【００１０】又、分配燃料管１６ａにはパイロット燃料
分配弁１９が設けられ、分配燃焼管１６ｂにはメイン燃
料分配弁２０及び分配弁２１が設けられている。上記予
混合ダクト１４には、逆火検知センサ２２が配置されて
いる。
分配弁１９が設けられ、分配燃焼管１６ｂにはメイン燃
料分配弁２０及び分配弁２１が設けられている。上記予
混合ダクト１４には、逆火検知センサ２２が配置されて
いる。
【００１１】この逆火検知センサ２２は、熱電対を取り
付けたもので、その検知信号は逆火検出器２３を通して
逆火解析装置２４に送られている。この逆火解析装置２
４には、警報装置２５及び監視モニタ２６が接続されて
いる。
付けたもので、その検知信号は逆火検出器２３を通して
逆火解析装置２４に送られている。この逆火解析装置２
４には、警報装置２５及び監視モニタ２６が接続されて
いる。
【００１２】なお、燃焼器の逆火モニターとしては、実
開昭６１−３９２５３号公報、実開昭６１−３９２５４
号公報及び特開平３−１０２１１８号公報等に記載され
た技術がある。
開昭６１−３９２５３号公報、実開昭６１−３９２５４
号公報及び特開平３−１０２１１８号公報等に記載され
た技術がある。
【００１３】このうち実開昭６１−３９２５３号公報及
び実開昭６１−３９２５４号公報は、逆流火炎又は燃焼
振動の発生をモニターするために熱電対を取り付けた
り、又はその取り付け手段についての技術である。
び実開昭６１−３９２５４号公報は、逆流火炎又は燃焼
振動の発生をモニターするために熱電対を取り付けた
り、又はその取り付け手段についての技術である。
【００１４】又、特開平３−１０２１１８号公報は、燃
焼火炎の点火の確認、燃焼火炎の異常値を検出した場合
のガスタービンの停止、又は燃焼火炎の温度レベル、排
出ガス温度を一定に保持するように一段目、二段目の燃
焼流量を制御する技術となっている。
焼火炎の点火の確認、燃焼火炎の異常値を検出した場合
のガスタービンの停止、又は燃焼火炎の温度レベル、排
出ガス温度を一定に保持するように一段目、二段目の燃
焼流量を制御する技術となっている。
【００１５】このような構成であれば、燃焼用空気２７
は、図示しないコンプレッサから供給され、燃焼器ライ
ナ１０の外周壁に沿って流れ、主にパイロット燃焼ノズ
ル１３に取り付けられた旋回羽根及び予混合ダクト１４
を通過して燃焼器ライナ１０内の燃焼器１１に流入す
る。
は、図示しないコンプレッサから供給され、燃焼器ライ
ナ１０の外周壁に沿って流れ、主にパイロット燃焼ノズ
ル１３に取り付けられた旋回羽根及び予混合ダクト１４
を通過して燃焼器ライナ１０内の燃焼器１１に流入す
る。
【００１６】一方、燃料２８は、燃料遮断弁１７を通っ
て燃料流量調整弁１８に達し、この燃料流量調整弁１８
により流量が調整されて、パイロット燃料２８ａ及びメ
イン燃料２８ｂに分配される。これらパイロット燃料２
８ａ及びメイン燃料２８ｂは、それぞれパイロット燃料
分配弁１９、メイン燃料分配弁２０によりその分配量が
調整される。
て燃料流量調整弁１８に達し、この燃料流量調整弁１８
により流量が調整されて、パイロット燃料２８ａ及びメ
イン燃料２８ｂに分配される。これらパイロット燃料２
８ａ及びメイン燃料２８ｂは、それぞれパイロット燃料
分配弁１９、メイン燃料分配弁２０によりその分配量が
調整される。
【００１７】このうちパイロット燃料２８ａは、パイロ
ット燃料ノズル１３から燃焼器ライナ１０内に噴射され
て拡散燃焼する。一方、メイン燃料２８ｂは、メイン燃
料ノズル１５から予混合ダクト１４内に噴射されて燃焼
用空気２７と混合されて予混合ガスとなり、この予混合
ガスが燃焼器ライナ１０内の燃焼室１１に送られて予混
合燃焼する。
ット燃料ノズル１３から燃焼器ライナ１０内に噴射され
て拡散燃焼する。一方、メイン燃料２８ｂは、メイン燃
料ノズル１５から予混合ダクト１４内に噴射されて燃焼
用空気２７と混合されて予混合ガスとなり、この予混合
ガスが燃焼器ライナ１０内の燃焼室１１に送られて予混
合燃焼する。
【００１８】このような燃焼状態に、逆火検知センサ２
２は、予混合ダクト１４内の燃焼の検知信号を出力す
る。この検知信号は、逆火検出器２３を通して逆火解析
装置２４に送られる。
２は、予混合ダクト１４内の燃焼の検知信号を出力す
る。この検知信号は、逆火検出器２３を通して逆火解析
装置２４に送られる。
【００１９】この逆火解析装置２４は、逆火検知器２３
からの信号を受けて解析を実行し、この解析の結果、逆
流火炎を検知すると、燃料遮断弁１７に対して閉止信号
を送出し、これと共にガスタービンを停止し、警報装置
２５に対してその旨の警報を発生させる。
からの信号を受けて解析を実行し、この解析の結果、逆
流火炎を検知すると、燃料遮断弁１７に対して閉止信号
を送出し、これと共にガスタービンを停止し、警報装置
２５に対してその旨の警報を発生させる。
【００２０】このとき、逆火検出器２３により検出され
る燃焼状態は、監視モニター２６によりモニターされ
る。従って、逆流火炎を検知したときの各燃料の流量の
関係は、図９に示すように時間Ａに逆流火炎を検知する
と燃料遮断弁１７が閉止されるため、パイロット燃料流
量Ｑａ及びメイン燃料流量Ｑｂは、同時に流量ゼロとな
る。
る燃焼状態は、監視モニター２６によりモニターされ
る。従って、逆流火炎を検知したときの各燃料の流量の
関係は、図９に示すように時間Ａに逆流火炎を検知する
と燃料遮断弁１７が閉止されるため、パイロット燃料流
量Ｑａ及びメイン燃料流量Ｑｂは、同時に流量ゼロとな
る。
【００２１】このようにガスタービン燃焼器のＮＯｘ発
生量を減少するために稀薄・予混合燃焼方式を適用した
場合、逆流火炎防止のために充分な安全率を取って設計
を行っているのは言うまでもないが、予期し得ない事、
例えばガスタービンのコンプレッサにおいてサージ現象
が発生すると、燃焼器ライナ１０に流入する燃焼用空気
２７の流量が著しく減少してしまう。この燃焼用空気２
７が減少すると、予混合ガスが燃焼器ライナ１０に流入
する速度が遅くなり、ひいては逆流火炎の発生に至る虞
がある。
生量を減少するために稀薄・予混合燃焼方式を適用した
場合、逆流火炎防止のために充分な安全率を取って設計
を行っているのは言うまでもないが、予期し得ない事、
例えばガスタービンのコンプレッサにおいてサージ現象
が発生すると、燃焼器ライナ１０に流入する燃焼用空気
２７の流量が著しく減少してしまう。この燃焼用空気２
７が減少すると、予混合ガスが燃焼器ライナ１０に流入
する速度が遅くなり、ひいては逆流火炎の発生に至る虞
がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】このような現状下にお
いて、予混合ダクト１４内での逆流火炎を検知する場
合、上記の如く熱電対を取り付ける方法では、局所的に
発生する逆流火炎を監視するのに膨大な本数の熱電対を
取り付けなければならない。
いて、予混合ダクト１４内での逆流火炎を検知する場
合、上記の如く熱電対を取り付ける方法では、局所的に
発生する逆流火炎を監視するのに膨大な本数の熱電対を
取り付けなければならない。
【００２３】そのうえ、膨大な本数の熱電対を取り付け
れば、その信号処理の点数も膨大な数となとり、現実に
は不可能である。そこで本発明は、逆流火炎の発生を正
確にかつ高速に検知して燃焼器の健全に動作を保持でき
るガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
れば、その信号処理の点数も膨大な数となとり、現実に
は不可能である。そこで本発明は、逆流火炎の発生を正
確にかつ高速に検知して燃焼器の健全に動作を保持でき
るガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、燃料
を第１段燃料と第２段燃料とに分配し、このうち第１段
燃料を第１段燃料ノズルから燃焼室に噴射して拡散燃焼
を行い、これと共に第２段燃料を燃焼用空気と予混合し
て予混合燃焼を行うガスタービン燃焼器において、燃焼
室内における燃焼火炎を光学的に検知する燃焼火炎セン
サと、この燃焼火炎センサより検知された燃焼火炎の波
長から異常燃焼であるかを解析する解析手段と、この解
析手段による解析の結果、燃焼火炎が異常燃焼の場合に
第１段燃料及び第２段燃料の流量を調整する流量調整手
段と、を備えて上記目的を達成しようとするガスタービ
ン燃焼器である。
を第１段燃料と第２段燃料とに分配し、このうち第１段
燃料を第１段燃料ノズルから燃焼室に噴射して拡散燃焼
を行い、これと共に第２段燃料を燃焼用空気と予混合し
て予混合燃焼を行うガスタービン燃焼器において、燃焼
室内における燃焼火炎を光学的に検知する燃焼火炎セン
サと、この燃焼火炎センサより検知された燃焼火炎の波
長から異常燃焼であるかを解析する解析手段と、この解
析手段による解析の結果、燃焼火炎が異常燃焼の場合に
第１段燃料及び第２段燃料の流量を調整する流量調整手
段と、を備えて上記目的を達成しようとするガスタービ
ン燃焼器である。
【００２５】請求項２によれば、燃焼火炎センサは、燃
焼室内を望む如く設けた光ファイバーである。請求項３
によれば、燃焼火炎センサは、光ファイバーの端部を、
第１段燃焼ノズル内部を貫通して第１段燃焼ノズル先端
に配置している。
焼室内を望む如く設けた光ファイバーである。請求項３
によれば、燃焼火炎センサは、光ファイバーの端部を、
第１段燃焼ノズル内部を貫通して第１段燃焼ノズル先端
に配置している。
【００２６】請求項４によれば、解析手段は、燃焼火炎
センサにより検知された燃焼火炎の波長が、赤黄色成分
であれば拡散燃焼、青色成分であれば予混合燃焼である
と判定し、このうち赤黄色成分の場合に燃焼室に流入す
る空気流量が著しく減少したときの逆流火炎であると解
析する機能を有する。
センサにより検知された燃焼火炎の波長が、赤黄色成分
であれば拡散燃焼、青色成分であれば予混合燃焼である
と判定し、このうち赤黄色成分の場合に燃焼室に流入す
る空気流量が著しく減少したときの逆流火炎であると解
析する機能を有する。
【００２７】請求項５によれば、流量調整手段は、異常
燃焼の場合、第２段燃料と燃焼用空気との予混合を停止
し、この第２段燃料を第１段燃焼ノズルから燃焼室内へ
の噴射に切替える。請求項６によれば、異常燃焼が解消
した場合、第２段燃料と燃焼用空気とを予混合する通常
の燃焼に復帰する。
燃焼の場合、第２段燃料と燃焼用空気との予混合を停止
し、この第２段燃料を第１段燃焼ノズルから燃焼室内へ
の噴射に切替える。請求項６によれば、異常燃焼が解消
した場合、第２段燃料と燃焼用空気とを予混合する通常
の燃焼に復帰する。
【００２８】
【作用】請求項１によれば、第１段燃料を第１段燃料ノ
ズルから燃焼室に噴射して拡散燃焼を行い、これと共に
第２段燃料を燃焼用空気と予混合して予混合燃焼を行う
場合、このときの燃焼火炎が光学的に燃焼火炎センサに
より検知され、この燃焼火炎の波長から異常燃焼である
かが解析手段より解析され、この解析の結果、燃焼火炎
が異常燃焼の場合に、第１段燃料及び第２段燃料の流量
が流量調整手段により調整される。
ズルから燃焼室に噴射して拡散燃焼を行い、これと共に
第２段燃料を燃焼用空気と予混合して予混合燃焼を行う
場合、このときの燃焼火炎が光学的に燃焼火炎センサに
より検知され、この燃焼火炎の波長から異常燃焼である
かが解析手段より解析され、この解析の結果、燃焼火炎
が異常燃焼の場合に、第１段燃料及び第２段燃料の流量
が流量調整手段により調整される。
【００２９】請求項２によれば、燃焼室内を望む如く設
けた光ファイバーにより燃焼火炎を検知する。請求項３
によれば、光ファイバーの端部を第１段燃焼ノズル内部
に貫通してそのノズル先端に配置し、燃焼火炎を検知す
る。
けた光ファイバーにより燃焼火炎を検知する。請求項３
によれば、光ファイバーの端部を第１段燃焼ノズル内部
に貫通してそのノズル先端に配置し、燃焼火炎を検知す
る。
【００３０】請求項４によれば、解析手段は、燃焼火炎
センサにより検知された燃焼火炎の波長が、赤黄色成分
であれば拡散燃焼、青色成分であれば予混合燃焼である
と判定し、このうち赤黄色成分の場合に燃焼室に流入す
る空気流量が著しく減少したときの逆流火炎であると解
析する。
センサにより検知された燃焼火炎の波長が、赤黄色成分
であれば拡散燃焼、青色成分であれば予混合燃焼である
と判定し、このうち赤黄色成分の場合に燃焼室に流入す
る空気流量が著しく減少したときの逆流火炎であると解
析する。
【００３１】請求項５によれば、異常燃焼の場合、第２
段燃料を、燃焼用空気との予混合から第１段燃焼ノズル
を通しての噴射に切替える。請求項６によれば、異常燃
焼の場合、第２段燃料を、燃焼用空気との予混合から第
１段燃焼ノズルを通しての噴射に切替え、かつ異常燃焼
が解消した場合には、燃焼用空気との予混合を行う通常
の燃焼に復帰する。
段燃料を、燃焼用空気との予混合から第１段燃焼ノズル
を通しての噴射に切替える。請求項６によれば、異常燃
焼の場合、第２段燃料を、燃焼用空気との予混合から第
１段燃焼ノズルを通しての噴射に切替え、かつ異常燃焼
が解消した場合には、燃焼用空気との予混合を行う通常
の燃焼に復帰する。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。なお、図８と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略する。図１はガスタービン燃
焼器の構成図である。
して説明する。なお、図８と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略する。図１はガスタービン燃
焼器の構成図である。
【００３３】パイロット燃料ノズル１３には、燃焼火炎
センサとしての光ファイバー３０が設けられている。こ
のパイロット燃料ノズル１３は、図２の拡大構成図に示
すように、その燃焼ノズル先端部のスワラ３１の中心
に、燃焼火炎が検知できるように光ファイバー３０の先
端部３０ａが配置されている。
センサとしての光ファイバー３０が設けられている。こ
のパイロット燃料ノズル１３は、図２の拡大構成図に示
すように、その燃焼ノズル先端部のスワラ３１の中心
に、燃焼火炎が検知できるように光ファイバー３０の先
端部３０ａが配置されている。
【００３４】この光ファイバー３０は、パイロット燃料
ノズル１３の内部を貫通し、逆火検出器３２に接続され
ている。この逆火検出器３２は、光ファイバー３０を伝
播してくる燃焼火炎の波長を信号変換して逆火解析装置
３３に送る機能を有している。
ノズル１３の内部を貫通し、逆火検出器３２に接続され
ている。この逆火検出器３２は、光ファイバー３０を伝
播してくる燃焼火炎の波長を信号変換して逆火解析装置
３３に送る機能を有している。
【００３５】この逆火検出器３２は、例えば、光電子増
倍管を用いたり、又はテレビジョンカメラを用いてい
る。なお、光電子増倍管については、燃焼器ライナ１０
において着火を検知する火炎検知器との兼用となる。
倍管を用いたり、又はテレビジョンカメラを用いてい
る。なお、光電子増倍管については、燃焼器ライナ１０
において着火を検知する火炎検知器との兼用となる。
【００３６】一方、分配燃料管７ｂは、２方向に分配さ
れ、そのうちの一方の分配燃料管７ｂ−１はメイン燃料
ノズル１５に接続され、他方の分配燃料管７ｂ−２はパ
イロット燃料ノズル１３に接続されている。
れ、そのうちの一方の分配燃料管７ｂ−１はメイン燃料
ノズル１５に接続され、他方の分配燃料管７ｂ−２はパ
イロット燃料ノズル１３に接続されている。
【００３７】又、これら分配燃料管７ｂ−１、７ｂ−２
には、それぞれ各燃料切替えバルブ３４、３５が設けら
れている。上記逆火解析装置３３は、光ファイバー３０
から逆火検出器３２を通して検知された燃焼火炎の光の
スペクトル分布を解析し、燃焼火炎の波長が、赤黄色成
分であれば拡散燃焼、青色成分であれば予混合燃焼であ
ると判定し、このうち赤黄色成分の場合に燃焼室に流入
する空気流量が著しく減少したときの逆流火炎であると
解析する機能を有している。
には、それぞれ各燃料切替えバルブ３４、３５が設けら
れている。上記逆火解析装置３３は、光ファイバー３０
から逆火検出器３２を通して検知された燃焼火炎の光の
スペクトル分布を解析し、燃焼火炎の波長が、赤黄色成
分であれば拡散燃焼、青色成分であれば予混合燃焼であ
ると判定し、このうち赤黄色成分の場合に燃焼室に流入
する空気流量が著しく減少したときの逆流火炎であると
解析する機能を有している。
【００３８】すなわち、燃焼火炎よりの発光現象は、燃
料が空気中の酸素と反応していく段階で、中間生成物
（ラジカル）のＣ2 やＣＨにより光が発生することが知
られている。
料が空気中の酸素と反応していく段階で、中間生成物
（ラジカル）のＣ2 やＣＨにより光が発生することが知
られている。
【００３９】燃焼器に直接燃料を噴射して燃焼させる拡
散燃焼では、Ｃ2 の発光が主成分を示す。又、燃料と空
気とを予め混合しておき、燃焼器内で燃焼させる予混合
燃焼では、ＣＨよりの発光が主成分を示すことが知られ
ている。
散燃焼では、Ｃ2 の発光が主成分を示す。又、燃料と空
気とを予め混合しておき、燃焼器内で燃焼させる予混合
燃焼では、ＣＨよりの発光が主成分を示すことが知られ
ている。
【００４０】これらＣ2 とＣＨとの発する光は、それぞ
れ波長が相違し、Ｃ2 は５２７ｎｍであって赤黄色を呈
し、ＣＨは４８０ｎｍであって青色を呈する。逆火解析
装置３３は、光ファイバー３０から逆火検出器３２を通
して検知された燃焼火炎の光のスペクトル分布を解析
し、予混合燃焼状態において、Ｃ2 の発光がＣＨの発光
に比べ、所定値以上に異常に増加した場合に逆火と判定
する機能を有している。
れ波長が相違し、Ｃ2 は５２７ｎｍであって赤黄色を呈
し、ＣＨは４８０ｎｍであって青色を呈する。逆火解析
装置３３は、光ファイバー３０から逆火検出器３２を通
して検知された燃焼火炎の光のスペクトル分布を解析
し、予混合燃焼状態において、Ｃ2 の発光がＣＨの発光
に比べ、所定値以上に異常に増加した場合に逆火と判定
する機能を有している。
【００４１】又、逆火解析装置３３は、逆流火炎と判定
した場合、一方の燃料切替えバルブ３４に対して閉止信
号を送出してメイン燃料ノズル１５へのメイン燃料２８
ｂの供給を遮断し、これと同時に他方の燃料切替えバル
ブ３５に対して開放信号を送出してメイン燃料２８ｂを
切替え燃料２８ｃとしてパイロット燃料ノズル１３への
供給に切替える機能を有している。
した場合、一方の燃料切替えバルブ３４に対して閉止信
号を送出してメイン燃料ノズル１５へのメイン燃料２８
ｂの供給を遮断し、これと同時に他方の燃料切替えバル
ブ３５に対して開放信号を送出してメイン燃料２８ｂを
切替え燃料２８ｃとしてパイロット燃料ノズル１３への
供給に切替える機能を有している。
【００４２】このとき、パイロット燃料Ｑａとメイン燃
料Ｑｂとの総流量は、逆流火炎の判定前の総流量と変わ
らず一定流量に制御される。又、逆火解析装置３３は、
逆火検出器３２により検出される燃焼状態を常時監視モ
ニター２６によりモニターさせ、かつ逆流火炎と判定し
た場合、警報装置２５に対してその旨の警報を発生させ
る機能を有している。
料Ｑｂとの総流量は、逆流火炎の判定前の総流量と変わ
らず一定流量に制御される。又、逆火解析装置３３は、
逆火検出器３２により検出される燃焼状態を常時監視モ
ニター２６によりモニターさせ、かつ逆流火炎と判定し
た場合、警報装置２５に対してその旨の警報を発生させ
る機能を有している。
【００４３】又、逆火解析装置３３は、逆流火炎が解消
した場合、予混合燃焼を行う通常の燃焼に復帰、つまり
一方の燃料切替えバルブ３４に対して開放信号を送出
し、これと同時に他方の燃料切替えバルブ３５に対して
閉止信号を送出する機能を有している。
した場合、予混合燃焼を行う通常の燃焼に復帰、つまり
一方の燃料切替えバルブ３４に対して開放信号を送出
し、これと同時に他方の燃料切替えバルブ３５に対して
閉止信号を送出する機能を有している。
【００４４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。燃焼用空気２７は、図示しないコンプレ
ッサから供給され、燃焼器ライナ１０の外周壁に沿って
流れ、主にパイロット燃焼ノズル１３に取り付けられた
旋回羽根及び予混合ダクト１４を通過して燃焼器ライナ
１０内の燃焼器１１に流入する。
いて説明する。燃焼用空気２７は、図示しないコンプレ
ッサから供給され、燃焼器ライナ１０の外周壁に沿って
流れ、主にパイロット燃焼ノズル１３に取り付けられた
旋回羽根及び予混合ダクト１４を通過して燃焼器ライナ
１０内の燃焼器１１に流入する。
【００４５】一方、燃料２８は、燃料遮断弁１７を通っ
て燃料流量調整弁１８に達し、この燃料流量調整弁１８
により流量が調整されて、パイロット燃料２８ａ及びメ
イン燃料２８ｂとして分配される。
て燃料流量調整弁１８に達し、この燃料流量調整弁１８
により流量が調整されて、パイロット燃料２８ａ及びメ
イン燃料２８ｂとして分配される。
【００４６】これらパイロット燃料２８ａ及びメイン燃
料２８ｂは、それぞれパイロット燃料分配弁１９、メイ
ン燃料分配弁２０によりその分配量が調整される。この
うちパイロット燃料２８ａは、パイロット燃料ノズル１
３から燃焼器ライナ１０内に噴射されて拡散燃焼する。
料２８ｂは、それぞれパイロット燃料分配弁１９、メイ
ン燃料分配弁２０によりその分配量が調整される。この
うちパイロット燃料２８ａは、パイロット燃料ノズル１
３から燃焼器ライナ１０内に噴射されて拡散燃焼する。
【００４７】一方、メイン燃料２８ｂは、一方の燃料切
替えバルブ３４を通り、メイン燃料ノズル１５から予混
合ダクト１４内に噴射されて燃焼用空気２７と混合され
て予混合ガスとなり、この予混合ガスが燃焼器ライナ１
０内に送られて予混合燃焼する。
替えバルブ３４を通り、メイン燃料ノズル１５から予混
合ダクト１４内に噴射されて燃焼用空気２７と混合され
て予混合ガスとなり、この予混合ガスが燃焼器ライナ１
０内に送られて予混合燃焼する。
【００４８】なお、このとき他方の燃料切替えバルブ３
５は、閉止されている。このような燃焼状態において、
ガスタービン負荷にするトータル燃料流量Ｑ、パイロッ
ト燃料流量Ｑａ、メイン燃料流量Ｑｂの関係は、図３に
示す関係となっている。
５は、閉止されている。このような燃焼状態において、
ガスタービン負荷にするトータル燃料流量Ｑ、パイロッ
ト燃料流量Ｑａ、メイン燃料流量Ｑｂの関係は、図３に
示す関係となっている。
【００４９】又、このときのガスタービン負荷にする燃
焼器出口し当量比Ｒａ、パイロット燃料部当量比Ｒｂ、
予混合ダクイ内当量比Ｒｃの関係は、図４に示す関係と
なっている。
焼器出口し当量比Ｒａ、パイロット燃料部当量比Ｒｂ、
予混合ダクイ内当量比Ｒｃの関係は、図４に示す関係と
なっている。
【００５０】一方、光ファイバー３０は、燃焼器ライナ
ー１０内での燃焼火炎の発する光を検知して逆火検出器
３２に伝達する。この逆火検出器３２は、燃焼火炎の光
を信号変換して逆火解析装置３３に送る。
ー１０内での燃焼火炎の発する光を検知して逆火検出器
３２に伝達する。この逆火検出器３２は、燃焼火炎の光
を信号変換して逆火解析装置３３に送る。
【００５１】この逆火解析装置３３は、逆火検出器３２
からの信号を受けて燃焼火炎の光のスペクトル分布を解
析し、予混合燃焼状態において、Ｃ2 の発光がＣＨの発
光に比べ、所定値以上に異常に増加した場合に逆流火炎
と判定する。
からの信号を受けて燃焼火炎の光のスペクトル分布を解
析し、予混合燃焼状態において、Ｃ2 の発光がＣＨの発
光に比べ、所定値以上に異常に増加した場合に逆流火炎
と判定する。
【００５２】この燃焼火炎のスペクトル分布解析の結
果、逆流火炎と判定されると、逆火解析装置３３は、逆
火検出器３２により検出される燃焼状態を監視モニター
２６によりモニターさせ、かつ警報装置２５に対してそ
の旨の警報を発生させる。
果、逆流火炎と判定されると、逆火解析装置３３は、逆
火検出器３２により検出される燃焼状態を監視モニター
２６によりモニターさせ、かつ警報装置２５に対してそ
の旨の警報を発生させる。
【００５３】これと同時に、逆火解析装置３３は、一方
の燃料切替えバルブ３４に対して閉止信号を送出し、こ
れと同時に他方の燃料切替えバルブ３５に対して開放信
号を送出する。
の燃料切替えバルブ３４に対して閉止信号を送出し、こ
れと同時に他方の燃料切替えバルブ３５に対して開放信
号を送出する。
【００５４】これら燃料切替えバルブ３４、３５の切替
え動作により、メイン燃料２８ｂのメイン燃料ノズル１
５への供給が遮断され、これと同時にメイン燃料２８ｂ
は、切替え燃料２８ｃとしてパイロット燃料ノズル１３
への供給に切替えられる。
え動作により、メイン燃料２８ｂのメイン燃料ノズル１
５への供給が遮断され、これと同時にメイン燃料２８ｂ
は、切替え燃料２８ｃとしてパイロット燃料ノズル１３
への供給に切替えられる。
【００５５】すなわち、図５に示すように、時間Ａに逆
流火炎が検知されると、このときにメイン燃料流量Ｑｂ
が遮断されて流量ゼロとなり、これが切替え燃料流量Ｑ
ｃとしてパイロット燃料ノズル１３に供給される。な
お、逆流火炎が発生してもトータル燃料流量Ｑは、一定
に制御される。
流火炎が検知されると、このときにメイン燃料流量Ｑｂ
が遮断されて流量ゼロとなり、これが切替え燃料流量Ｑ
ｃとしてパイロット燃料ノズル１３に供給される。な
お、逆流火炎が発生してもトータル燃料流量Ｑは、一定
に制御される。
【００５６】又、図６は逆流火炎が発生したときの時間
経過に対する燃焼器出口当量比Ｒａ、パイロット燃料部
当量比Ｒｂ、予混合ダクト内当量比Ｒｃ、及び切替え燃
料部等量比Ｒｄの関係を示している。
経過に対する燃焼器出口当量比Ｒａ、パイロット燃料部
当量比Ｒｂ、予混合ダクト内当量比Ｒｃ、及び切替え燃
料部等量比Ｒｄの関係を示している。
【００５７】以上の燃料の切替えの結果、予混合ダクト
１４に噴射されるメイン燃料２８ｂは、全く遮断され、
予混合ダクト１４内における火炎は消火される。又、こ
のとき、メイン燃料２８ｂは、切替え燃料２８ｃとして
パイロット燃料ノズル１３から燃焼室１１内に噴射され
るので、トータル燃料流量Ｑは変化せず、ガスタービン
の負荷は変化しない。
１４に噴射されるメイン燃料２８ｂは、全く遮断され、
予混合ダクト１４内における火炎は消火される。又、こ
のとき、メイン燃料２８ｂは、切替え燃料２８ｃとして
パイロット燃料ノズル１３から燃焼室１１内に噴射され
るので、トータル燃料流量Ｑは変化せず、ガスタービン
の負荷は変化しない。
【００５８】この後、逆火解析装置３３は、逆火検出器
３２からの信号を受けて燃焼火炎の光のスペクトル分布
を解析し、予混合燃焼状態において、Ｃ2 の発光がＣＨ
の発光に比べ、所定値以下になると、逆火は消火したと
判定する。
３２からの信号を受けて燃焼火炎の光のスペクトル分布
を解析し、予混合燃焼状態において、Ｃ2 の発光がＣＨ
の発光に比べ、所定値以下になると、逆火は消火したと
判定する。
【００５９】このように逆流火炎が時間Ｂにおいて消火
されると、逆火解析装置３３は、予混合燃焼を行う通常
の燃焼に復帰、つまり一方の燃料切替えバルブ３４に対
して開放信号を送出し、これと同時に他方の燃料切替え
バルブ３５に対して閉止信号を送出する。
されると、逆火解析装置３３は、予混合燃焼を行う通常
の燃焼に復帰、つまり一方の燃料切替えバルブ３４に対
して開放信号を送出し、これと同時に他方の燃料切替え
バルブ３５に対して閉止信号を送出する。
【００６０】これにより再び、パイロット燃料２８ａ
は、パイロット燃料ノズル１３から燃焼器ライナ１０内
に噴射されて拡散燃焼する。一方、メイン燃料２８ｂ
は、一方の燃料切替えバルブ３４を通り、メイン燃料ノ
ズル１５から予混合ダクト１４内に噴射されて燃焼用空
気２７と混合されて予混合ガスとなり、この予混合ガス
が燃焼器ライナ１０内の燃焼室１１に送られて予混合燃
焼する。
は、パイロット燃料ノズル１３から燃焼器ライナ１０内
に噴射されて拡散燃焼する。一方、メイン燃料２８ｂ
は、一方の燃料切替えバルブ３４を通り、メイン燃料ノ
ズル１５から予混合ダクト１４内に噴射されて燃焼用空
気２７と混合されて予混合ガスとなり、この予混合ガス
が燃焼器ライナ１０内の燃焼室１１に送られて予混合燃
焼する。
【００６１】このように上記一実施例においては、光フ
ァイバー３０をパイロット燃料ノズル１３内に貫通させ
て燃焼火炎の光を検知し、この燃焼火炎の光のスペクト
ル分布の解析結果から、燃焼室１１から予混合ダクト１
４内に逆流する逆流火炎を検出し、逆流火炎の発生の場
合にメイン燃料ノズル１５へのメイン燃料２８ｂの供給
を遮断し、メイン燃料２８ｂを切替え燃料２８ｃとして
パイロット燃料ノズル１３から噴射させるようにしたの
で、この逆流火炎を光学的に幅広く検出できるようにな
り、この逆流火炎を確実にかつ高速に検出できて、予混
合ダクト１４等の焼損というような大きなトラブル発生
を未然にしかも確実に防止できる。
ァイバー３０をパイロット燃料ノズル１３内に貫通させ
て燃焼火炎の光を検知し、この燃焼火炎の光のスペクト
ル分布の解析結果から、燃焼室１１から予混合ダクト１
４内に逆流する逆流火炎を検出し、逆流火炎の発生の場
合にメイン燃料ノズル１５へのメイン燃料２８ｂの供給
を遮断し、メイン燃料２８ｂを切替え燃料２８ｃとして
パイロット燃料ノズル１３から噴射させるようにしたの
で、この逆流火炎を光学的に幅広く検出できるようにな
り、この逆流火炎を確実にかつ高速に検出できて、予混
合ダクト１４等の焼損というような大きなトラブル発生
を未然にしかも確実に防止できる。
【００６２】そのうえ、逆流火炎を検知してもトータル
燃料流量Ｑを一定に制御するので、ガスタービンの負荷
変動を最小限に抑えながら、逆流火炎の消火ができる。
又、逆流火炎が消火すれば、通常の燃焼に直ぐに復帰で
きるので、逆流火炎の発生に拘らず、燃焼器での燃焼動
作を連続して行うことができ、燃焼器の動作を健全に保
持できる。
燃料流量Ｑを一定に制御するので、ガスタービンの負荷
変動を最小限に抑えながら、逆流火炎の消火ができる。
又、逆流火炎が消火すれば、通常の燃焼に直ぐに復帰で
きるので、逆流火炎の発生に拘らず、燃焼器での燃焼動
作を連続して行うことができ、燃焼器の動作を健全に保
持できる。
【００６３】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなく次の通り変形してもよい。例えば、逆流火
炎を光学的に検知する燃焼火炎センサとしては、トラン
ジションピースにより燃焼器パイロット燃料ノズル方向
に監視光学系を設置することにより実現してもよく、燃
焼器ライナ１０の予混合ダクト１４と予混合ダクト１４
との間から燃焼器内部の逆流火炎を監視するようにして
もよい。
るものでなく次の通り変形してもよい。例えば、逆流火
炎を光学的に検知する燃焼火炎センサとしては、トラン
ジションピースにより燃焼器パイロット燃料ノズル方向
に監視光学系を設置することにより実現してもよく、燃
焼器ライナ１０の予混合ダクト１４と予混合ダクト１４
との間から燃焼器内部の逆流火炎を監視するようにして
もよい。
【００６４】又、多缶型燃焼器で構成されたタービンで
は、燃焼器１缶に対応して逆火検出器を設けたり、燃焼
器１缶に対応する光学系と光ファイバーとを備え、逆火
検出器は複数の光ファイバーを束ねることにより少なく
とも１台で処理することも可能である。
は、燃焼器１缶に対応して逆火検出器を設けたり、燃焼
器１缶に対応する光学系と光ファイバーとを備え、逆火
検出器は複数の光ファイバーを束ねることにより少なく
とも１台で処理することも可能である。
【００６５】一方、メイン燃料２８ｂを遮断することな
く、例えば逆流火炎を検知したときにメイン燃料流量を
減少させることでも予混合ダクト１４内の火炎を消火す
ることもできる。
く、例えば逆流火炎を検知したときにメイン燃料流量を
減少させることでも予混合ダクト１４内の火炎を消火す
ることもできる。
【００６６】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、逆
流火炎の発生を正確にかつ高速に検知して燃焼器の健全
に動作を保持できるガスタービン燃焼器を提供できる。
流火炎の発生を正確にかつ高速に検知して燃焼器の健全
に動作を保持できるガスタービン燃焼器を提供できる。
【図１】本発明に係わるガスタービン燃焼器の一実施例
を示す構成図。
を示す構成図。
【図２】同ガスタービン燃焼器におけるパイロット燃焼
ノズルの拡大図。
ノズルの拡大図。
【図３】ガスタービン負荷に対する各燃料流量の関係を
示す図。
示す図。
【図４】ガスタービン負荷に対する各部当量比の関係を
示す図。
示す図。
【図５】逆流火炎の発生した場合の時間経過に対する各
燃料流量の関係を示す図。
燃料流量の関係を示す図。
【図６】逆流火炎の発生した場合の時間経過に対する各
部当量比の関係を示す図。
部当量比の関係を示す図。
【図７】稀薄予混合燃焼方式を適用した従来の燃焼器の
構成図。
構成図。
【図８】従来のガスタービン燃焼器の構成図。
【図９】逆流火炎を検知したときの各燃料流量の関係を
示す図。
示す図。
１０…燃焼器ライナ、１１…燃焼室、１３…パイロット
燃焼ノズル、１４…予混合ダクト、１５…メイン燃焼ノ
ズル、２７…燃焼用空気、２８…燃料、３０…光ファイ
バー、３２…逆火検出器、３３…逆火解析装置、３４，
３５…燃料切替えバルブ。
燃焼ノズル、１４…予混合ダクト、１５…メイン燃焼ノ
ズル、２７…燃焼用空気、２８…燃料、３０…光ファイ
バー、３２…逆火検出器、３３…逆火解析装置、３４，
３５…燃料切替えバルブ。
Claims (6)
- 【請求項１】 燃料を第１段燃料と第２段燃料とに分配
し、このうち前記第１段燃料を第１段燃料ノズルから前
記燃焼室に噴射して拡散燃焼を行い、これと共に前記第
２段燃料を燃焼用空気と予混合して予混合燃焼を行うガ
スタービン燃焼器において、 前記燃焼室内における燃焼火炎を光学的に検知する燃焼
火炎センサと、 この燃焼火炎センサより検知された燃焼火炎の波長から
異常燃焼であるかを解析する解析手段と、 この解析手段による解析の結果、前記燃焼火炎が異常燃
焼の場合に前記第１段燃料及び前記第２段燃料の流量を
調整する流量調整手段と、を具備したことを特徴とする
ガスタービン燃焼器。 - 【請求項２】 燃焼火炎センサは、燃焼室内を望む如く
設けた光ファイバーであることを特徴とする請求項１記
載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項３】 燃焼火炎センサは、光ファイバーの端部
を、第１段燃焼ノズル内部を貫通して第１段燃焼ノズル
先端に配置したことを特徴とする請求項１記載のガスタ
ービン燃焼器。 - 【請求項４】 解析手段は、燃焼火炎センサにより検知
された燃焼火炎の波長が、赤黄色成分であれば拡散燃
焼、青色成分であれば予混合燃焼であると判定し、この
うち前記赤黄色成分の場合に燃焼室に流入する空気流量
が著しく減少したときの逆流火炎であると解析する機能
を有することを特徴とする請求項１記載のガスタービン
燃焼器。 - 【請求項５】 流量調整手段は、異常燃焼の場合、第２
段燃料と燃焼用空気との予混合を停止し、この第２段燃
料を第１段燃焼ノズルから前記燃焼室内への噴射に切替
えることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼
器。 - 【請求項６】 流量調整手段は、異常燃焼が解消した場
合、第２段燃料と燃焼用空気とを予混合する通常の燃焼
に復帰することを特徴とする請求項５記載のガスタービ
ン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20662794A JPH0868537A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20662794A JPH0868537A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868537A true JPH0868537A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16526506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20662794A Pending JPH0868537A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0868537A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007508515A (ja) * | 2003-10-13 | 2007-04-05 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 燃料の燃焼方法と装置 |
| JP2008151512A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Yokogawa Electric Corp | 燃焼式熱量計 |
| JP2009216098A (ja) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Delavan Inc | ガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法 |
| JP2010164296A (ja) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | General Electric Co <Ge> | 光学的に保炎および逆火を検出すること |
| JP2010203434A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | General Electric Co <Ge> | 炎の可視化画像に基づいてエンジンパラメータを調整するシステム及び方法 |
| JP2011185265A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-09-22 | General Electric Co <Ge> | 燃焼器内の逆火及び保炎を検出及び制御するシステム及び方法 |
| WO2015061217A1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-04-30 | United Technologies Corporation | Circumferentially and axially staged can combustor for gas turbine engine |
| WO2015097861A1 (ja) | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 三菱重工業株式会社 | 燃焼制御装置、燃焼システム、燃焼制御方法及びプログラム |
| JP2016200147A (ja) * | 2015-04-14 | 2016-12-01 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 燃料流量／排出量パラメータのためのガスタービンの調整における確率制御の適用、関連する制御システム、コンピュータプログラム製品、および方法 |
| CN107228382A (zh) * | 2016-03-25 | 2017-10-03 | 安萨尔多能源公司 | 带有光学探头的燃气轮机燃烧器组件 |
| US10330320B2 (en) | 2013-10-24 | 2019-06-25 | United Technologies Corporation | Circumferentially and axially staged annular combustor for gas turbine engine |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP20662794A patent/JPH0868537A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2015097861A1 (ja) | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 三菱重工業株式会社 | 燃焼制御装置、燃焼システム、燃焼制御方法及びプログラム |
| US10024532B2 (en) | 2013-12-27 | 2018-07-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Combustion control device, combustion system, combustion control method and program |
| JP2016200147A (ja) * | 2015-04-14 | 2016-12-01 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 燃料流量／排出量パラメータのためのガスタービンの調整における確率制御の適用、関連する制御システム、コンピュータプログラム製品、および方法 |
| CN107228382A (zh) * | 2016-03-25 | 2017-10-03 | 安萨尔多能源公司 | 带有光学探头的燃气轮机燃烧器组件 |
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