JPH09159143A - Fuel supply system for multi-burner type combustion device and gas turbine having fuel supply system - Google Patents
Fuel supply system for multi-burner type combustion device and gas turbine having fuel supply systemInfo
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- JPH09159143A JPH09159143A JP31685195A JP31685195A JPH09159143A JP H09159143 A JPH09159143 A JP H09159143A JP 31685195 A JP31685195 A JP 31685195A JP 31685195 A JP31685195 A JP 31685195A JP H09159143 A JPH09159143 A JP H09159143A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はマルチバーナ式燃焼
器の燃料供給システム及び該燃料供給システムを持つガ
スタービンに関し、特に、マルチバーナ式燃焼器に簡単
な構成を付加するのみで、負荷条件に応じてバーナの作
動本数を増減する際の燃焼状態を一層安定化しかつ低Ｎ
Ｏx 燃焼を可能としたマルチバーナ式燃焼器の燃料供給
システム及び該燃料供給システムを持つガスタービンに
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel supply system for a multi-burner type combustor and a gas turbine having the fuel supply system. Accordingly, the combustion state is further stabilized when the number of burner operations is increased / decreased, and the low N
Enabling O x combustion and to a gas turbine having a fuel supply system and fuel supply system of a multi-burner combustor was.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、ガスタービンを用いたコジェ
ネレーションシステムにおけるＮＯx低減策は緊要な課
題とされ、一つの方法として燃焼器内部へ水あるいは蒸
気を噴射することが行なわれてきた。しかし、ＮＯx 規
制強化に伴う噴射率の増加は、設備費や運転経費あるい
はメンテナンス費の増加を引き起し、かつ、熱効率の低
下等を招くことから、水あるいは蒸気の噴射によらない
他の態様によるＮＯx 低減策が求められている。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been an urgent need to reduce NO x in a cogeneration system using a gas turbine, and one method has been to inject water or steam into the combustor. However, an increase in the injection rate due to the tightening of NO x regulations causes an increase in equipment costs, operating costs, or maintenance costs, and also leads to a decrease in thermal efficiency. There is a demand for NO x reduction measures according to the aspects.
【０００３】本出願人らは、ＮＯx 規制強化に対応可能
なガスタービン用の燃焼器について多くの研究と実験を
行い、いわゆる「ドライ」で、しかも水や蒸気噴射より
も低いＮＯx レベルを達成できる新規なガスタービン用
燃焼器として、マルチバーナ式燃焼器を開発し、すでに
提案している（コ−ジェネレーションシンポジウム’９
５ 発表抄録集、ｐ５５〜ｐ６８参照）。The Applicants have conducted a lot of research and experiments on combustors for gas turbines that are capable of complying with the tightening of NO x regulations, and have achieved so-called “dry” NO x levels lower than those of water and steam injection. A multi-burner combustor has been developed and already proposed as a new gas turbine combustor that can be achieved (Co-Generation Symposium '9.
5 Abstracts, p55-p68).
【０００４】図３は該マルチバーナ式燃焼器の一例を説
明する断面図であり、外筒１の内部にバーナ部１０と内
筒２０とが配置され、内筒２０の内部は燃焼室を構成す
る。バーナ部１０は、中心部に位置するパイロットバー
ナＰと、その周囲に位置する複数本（図示の実施例では
８本）のメインバーナＭとで構成される。各メインバー
ナＭはスワーラ１３下流部に燃料分散スポーク１４を千
鳥配置した構造であり、該燃料分散スポーク１４に設け
た多数の小孔（図示されない）より燃料を噴射し、下流
部の混合通路１５中で燃焼用空気と均一に混合させた
後、主燃焼室２１内で希薄予混合燃焼させる。FIG. 3 is a sectional view for explaining an example of the multi-burner type combustor. A burner portion 10 and an inner cylinder 20 are arranged inside the outer cylinder 1, and the inside of the inner cylinder 20 constitutes a combustion chamber. To do. The burner unit 10 is composed of a pilot burner P located at the center and a plurality of (eight in the illustrated embodiment) main burners M located around the pilot burner P. Each main burner M has a structure in which fuel distribution spokes 14 are arranged in a staggered manner in the downstream part of the swirler 13, and fuel is injected from a large number of small holes (not shown) provided in the fuel distribution spokes 14, and a mixing passage 15 in the downstream part. After being uniformly mixed with combustion air therein, lean premix combustion is performed in the main combustion chamber 21.
【０００５】さらに、主燃焼領域２１の出口部近傍には
複数本（図示の実施例では４本）の追い焚きバーナｍを
配置しており、該追い焚きバーナｍは燃焼用空気の導入
孔２３の入口部に燃料を噴射し、空気と混合させて燃焼
室内に供給する。追い焚き燃料は主燃焼領域２１出口部
近傍の高温の燃焼ガス中に供給されるため、通常では燃
焼できないような希薄な混合気でも燃焼させることが可
能となる。このため、この形式の燃焼器においては、追
い焚き燃料の燃焼によるＮＯx の生成はほとんど生じる
ことはなく、また、追い焚きを行なうことによって主燃
焼領域２１に供給される燃料は追い焚き燃料量だけ少な
くなる。その結果、主燃焼領域２１で生成されるＮＯx
量も減少し、タービンから排出されるＮＯx 量はさらに
低減する。なお、図３において、２４は点火プラグ、２
５は希釈空気孔である。Further, a plurality of (4 in the illustrated embodiment) reburning burners m are arranged in the vicinity of the outlet of the main combustion region 21, and the reburning burners m are introduced into the combustion air introducing holes 23. Fuel is injected into the inlet of the fuel cell, mixed with air and supplied into the combustion chamber. Since the refueling fuel is supplied into the high-temperature combustion gas near the outlet of the main combustion region 21, it is possible to burn even a lean air-fuel mixture that cannot normally be burned. Therefore, in this type of combustor, NO x is hardly generated by the combustion of the refueling fuel, and the fuel supplied to the main combustion region 21 by the refueling is the amount of the refueling fuel. Just less. As a result, NO x generated in the main combustion region 21
The amount is also reduced and the amount of NO x emitted from the turbine is further reduced. In FIG. 3, 24 is a spark plug, 2
Reference numeral 5 is a dilution air hole.
【０００６】図４はパイロットバーナＰ、メインバーナ
Ｍ群、及び追い焚きバーナｍ群の配置状態の一例を模式
的に示す図であり、図示のように、この例では、パイロ
ットバーナＰの周囲に配置されるメインバーナＭ群は２
本組の４つのグループ（Ｍ１〜Ｍ４）に分けられ、同一
グループの２本のメインバーナは互いに対称の位置に配
置されている。また、４本の追い焚きバーナｍも９０°
の等しいピッチで配置されている。FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the arrangement of the pilot burner P, the main burner M group, and the reburning burner m group. As shown, in this example, the pilot burner P is surrounded by Main burner M group to be arranged is 2
It is divided into four groups (M1 to M4) of this set, and two main burners of the same group are arranged at positions symmetrical to each other. Also, the four additional burners m are 90 °
Are arranged at equal pitches.
【０００７】ところで、予混合燃焼では、ＮＯx 生成量
の空燃比に対する依存性が非常に大きく、低ＮＯx でか
つＣＯやＴＨＣ等の未燃成分の発生が少ない燃焼条件
は、希薄燃焼限界の狭い空燃比範囲内に限られる。この
範囲よりも燃料が増加するとＮＯx は急激に増加し、逆
に減少するとＣＯやＴＨＣの排出量が急激に増え、条件
によっては燃焼が不安定となり失火が生じる。従って、
ガスタービンの作動領域全般に渡って低ＮＯx でかつ安
定した燃焼を行なうためには、負荷変動にかかわらず混
合気の空燃比を常に一定範囲内に保つような制御を行な
うことが必要とされる。[0007] In the premixed combustion, dependence on the air-fuel ratio of the NO x generation amount is very large, combustion conditions generate less of the unburned components such as a low NO x is and CO and THC is the lean combustion limit Limited to a narrow air-fuel ratio range. When the amount of fuel increases beyond this range, NO x sharply increases, and when it decreases, the amount of CO and THC emissions sharply increases, and depending on conditions, combustion becomes unstable and misfiring occurs. Therefore,
In order to perform low NO x and stable combustion over the entire operating region of the gas turbine, it is necessary to perform control such that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is always kept within a certain range regardless of load fluctuations. It
【０００８】そのために、上記のマルチバーナ式燃焼器
においては、運転負荷条件に合わせて、作動するバーナ
の本数を増減するようにしている。図５はそのための制
御システムの一例を示す。燃料ガスＧは燃料制御弁ＧＣ
Ｖを通過して燃料マニホールド５０に入る。燃料マニホ
ールド５０は、パイロットバーナＰ、メインバーナＭの
４つのグループ（Ｍ１〜Ｍ４）、及び追い焚きバーナｍ
の群（ｍ）と、それぞれパイロット燃料供給ラインＬp
及び主燃料供給ラインＬ1 〜Ｌ4 、Ｌm を介して接続し
ており、主燃料供給ラインＬ1 を除く他のそれぞれの燃
料供給ラインには空気圧制御遮断弁ＶP 、Ｖ2 〜Ｖ4 、
Ｖm が配置される。各空気圧制御遮断弁ＶP 、Ｖ2 〜Ｖ
4 、Ｖm は、図示しないシーケンサからの信号により作
動する空気マニホールド６０に接続した５個の操作空気
制御用の３方口電磁弁ＥＶP 、ＥＶ2 〜ＥＶ4 、ＥＶm
により開閉操作される。この制御システムは次のように
操作される。Therefore, in the above multi-burner type combustor, the number of operating burners is increased or decreased according to the operating load condition. FIG. 5 shows an example of a control system therefor. Fuel gas G is a fuel control valve GC
Pass V and enter fuel manifold 50. The fuel manifold 50 includes a pilot burner P, four groups of main burners M (M1 to M4), and a reburning burner m.
Group (m) and pilot fuel supply line L p
And the main fuel supply line L 1 ~L 4, L m via connects, in addition to the respective fuel supply line except for the main fuel supply line L 1 is pneumatically controlled shut-off valve V P, V 2 ~V 4 ,
V m is arranged. Each air pressure control shutoff valve V P , V 2 to V
4 , V m are three three-way solenoid valves EV P , EV 2 to EV 4 , EV m for controlling the operating air, which are connected to an air manifold 60 which is operated by a signal from a sequencer (not shown ).
It is opened and closed by. The control system operates as follows.
【０００９】（１）始動時 始動時には、ガスタービンの回転数が所定値、例えば５
％に達すると、燃料制御弁ＧＣＶを開くと共に、バーナ
制御ユニットにおいて、３方口電磁弁ＥＶP を操作して
パイロット燃料供給ラインＬP の遮断弁ＶP を開く。こ
れによって、パイロツトバーナＰの燃料ラインＬP と点
火プラグ２４に隣接する主バーナＭ１の燃料ラインＬ1
に燃料が流れ、着火が行なわれる。なお、燃料ラインＬ
1 に遮断弁が設けられないのは、このガスタービンにお
いて、運転中、最低２個のバーナ（Ｍ１、Ｍ１）は常時
燃焼状態に置くことを前提としているためであり、必要
な場合には、ここにも遮断弁が配置される。(1) At start-up At start-up, the number of revolutions of the gas turbine is a predetermined value, for example, 5
When% is reached, it opens the fuel control valve GCV, the burner control unit, opening the shutoff valve V P of the pilot fuel supply line L P by operating the 3 Kataguchi solenoid valve EV P. Thus, fuel line L 1 of the main burner M1 adjacent to the spark plug 24 and fuel line L P of Pairotsutobana P
The fuel flows to and ignition is performed. The fuel line L
The shut-off valve is not provided in 1 because it is premised that at least two burners (M1, M1) are constantly in a combustion state during operation in this gas turbine. A shutoff valve is also arranged here.
【００１０】（２）定常運転時 図６は、定常運転時における各バーナの作動状態を説明
するものであり、無負荷から３５％負荷の間は、パイロ
ットバーナＰと２個の主バーナ（Ｍ１、Ｍ１）にのみ燃
料が供給される（ステップ１）。３５％負荷条件に達す
ると、３方口電磁弁ＥＶ2 を操作して主バーナＭ２への
燃料供給ラインＬ2 の遮断弁Ｖ2 を開く（ステップ
２）。６０％負荷条件に達すると、３方口電磁弁ＥＶP
を操作してパイロット燃料ラインＬP の遮断弁ＶP を閉
じると同時に、３方口電磁弁ＥＶ3 を操作して主バーナ
Ｍ３への燃料供給ラインＬ3 の遮断弁Ｖ3 を開く（ステ
ップ３）。７５％負荷条件に達すると、３方口電磁弁Ｅ
Ｖ4 を操作して主バーナＭ４への燃料供給ラインＬ4 の
遮断弁Ｖ4 を開く（ステップ４）。８７．５％負荷条件
に達すると３方口電磁弁ＥＶm を操作して追い焚きバー
ナｍへの燃料供給ラインＬm の遮断弁Ｖm を開き、パイ
ロットバーナＰを除く全てのバーナに燃料を供給する
（ステップ５）。(2) During steady operation FIG. 6 explains the operating state of each burner during steady operation. During no load to 35% load, the pilot burner P and two main burners (M1) are used. , M1) is supplied with fuel (step 1). When the 35% load condition is reached, the 3-way solenoid valve EV 2 is operated to open the shutoff valve V 2 of the fuel supply line L 2 to the main burner M2 (step 2). When 60% load condition is reached, 3-way solenoid valve EV P
Is operated to close the shutoff valve V P of the pilot fuel line L P , and at the same time, the three-way solenoid valve EV 3 is operated to open the shutoff valve V 3 of the fuel supply line L 3 to the main burner M3 (step 3 ). When 75% load condition is reached, 3-way solenoid valve E
By manipulating the V 4 opening the fuel cutoff valve V 4 of the supply line L 4 to the main burner M4 (Step 4). When the 87.5% load condition is reached, the three-way solenoid valve EV m is operated to open the shutoff valve V m of the fuel supply line L m to the reburning burner m, and fuel is supplied to all burners except the pilot burner P. Supply (step 5).
【００１１】図７は、上記の燃料制御システムによる実
機試験で得られた燃焼特性を示す。定格負荷（１００％
負荷）でのＮＯx 値は約６０ｐｐｍ（Ｏ2 ＝０％換算）
で、目標値を十分にクリアしている。この値は追い焚き
を用いない場合の約１／２であり、追い焚きによるＮＯ
x 低減効果の大きいことがわかる。また、７０〜１００
％負荷範囲でＮＯx 値は６０ｐｐｍ以下となっており、
広い範囲で低ＮＯx 運転が可能となる。FIG. 7 shows combustion characteristics obtained in an actual machine test by the above fuel control system. Rated load (100%
NO x value under load) is about 60 ppm (O 2 = 0% conversion)
And, the target value is fully cleared. This value is about 1/2 that when reheating is not used, and NO due to reheating is
It can be seen that the x reduction effect is large. Also, 70-100
The NO x value is 60 ppm or less in the% load range,
Low NO x operation is possible in a wide range.
【００１２】空燃比を制御する方法としては、従来、
可変静翼によりガスタービンの吸気流量を制御する、
圧縮機出口で抽気の量を制御する、燃焼器に可変機構
を設けて燃焼用空気量を制御する、等が行なわれている
が、コジェネレーションシステム等に用いられる比較的
小型のガスタービンでは、可変静翼を持たない場合が多
く、また、ガスタービンそのものに構成が簡単でメンテ
ナンスが容易なことが求められることから、図３に示す
形式のマルチバーナ式燃焼器を用いて、上記のような制
御を行ない、ガスタービンにかかる負荷（燃料流量）に
応じて、作動する（燃料を供給する）バーナグループを
切り換えることによって、ガスタービンにかかる負荷が
変化しても、作動しているバーナの混合気の空燃比を一
定範囲内に保つようにすることが可能となる。Conventional methods for controlling the air-fuel ratio are:
Controls the intake flow rate of the gas turbine with variable vanes,
Controlling the amount of bleed air at the compressor outlet, controlling the amount of combustion air by providing a variable mechanism in the combustor, etc. are performed, but in a relatively small gas turbine used in a cogeneration system, etc., In many cases, there is no variable stator vane, and because the gas turbine itself is required to have a simple structure and easy maintenance, a multi-burner type combustor of the type shown in FIG. 3 is used. By controlling and switching the burner groups that operate (fuel is supplied) according to the load (fuel flow rate) on the gas turbine, even if the load on the gas turbine changes, the mixing of the burners that are operating It is possible to keep the air-fuel ratio of air within a certain range.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】前記の制御において、
負荷に応じてバーナの作動本数を切り換える際に、その
切り換え点では各バーナに供給される燃料流量がステッ
プ状に変化し、図７に示すように、ＮＯx 及び燃焼効率
はステップ状に変化する。また、ステップ１、２、３の
ようにバーナ作動本数が少ない場合は、作動していない
バーナを通過する空気によって燃焼反応が凍結される割
合が増加するため、混合気の当量比を燃料過濃にしない
と燃焼が不安定になる恐れがある。このため、作動バー
ナが２本、４本、６本の場合には、全てのバーナが作動
している場合に比べてＮＯx 排出量が多くなりがちであ
り、また、燃焼効率が低い結果となる。さらに、バーナ
作動本数が同じ状態のまま負荷を低減させると混合気の
燃料濃度が希薄となるため燃焼効率が低下する。In the above control,
When switching the number of burners to be operated according to the load, the flow rate of the fuel supplied to each burner changes stepwise at the switching point, and as shown in FIG. 7, NO x and combustion efficiency change stepwise. . Further, when the number of burner operations is small as in steps 1, 2, and 3, the combustion reaction is frozen by the air passing through the non-operating burners, so the ratio increases. Otherwise, combustion may become unstable. Therefore, when the number of operating burners is 2, 4, and 6, the NO x emission amount tends to be larger than when all the burners are operating, and the combustion efficiency is low. Become. Furthermore, if the load is reduced while the number of burner operations remains the same, the fuel concentration of the air-fuel mixture becomes lean, and the combustion efficiency decreases.
【００１４】これらの理由から、図７に示す例のよう
に、例えば７５％負荷切り換え時（ステップ４）では、
６本の主バーナ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）から排出するＮＯ
x 量はほぼ１２０ｐｐｍと目標値を超える場合が起こり
得る。また、３５％負荷切り換え時（ステップ２）及び
６０％負荷切り換え時（ステップ３）でも、ＮＯx 値は
目標値を大きく超えており、過度的状態とはいえ、より
低ＮＯx 条件での切り換えが望まれる。For these reasons, as in the example shown in FIG. 7, for example, at the time of 75% load switching (step 4),
NO emitted from 6 main burners (M1, M2, M3)
The amount of x is approximately 120 ppm, which may exceed the target value. Further, the NO x value greatly exceeds the target value even at the time of 35% load switching (step 2) and at the time of 60% load switching (step 3), and although it is an transient state, switching is performed under a lower NO x condition. Is desired.
【００１５】しかし、ＮＯx 値の低い条件で切り換えよ
うとすると、前記のように燃焼条件（燃焼効率）が悪化
しており失火する危険性があることから、実機の運転で
は採用することができない。上記の例では２本のバーナ
を組として用い、一本の主燃料供給ラインから２本のバ
ーナに同時に燃料を供給することから、供給される燃料
流量の変化が大きくなり、このような弊害がもたらされ
るともいえる。８本のバーナにそれぞれ遮断弁を配置し
て切り換えステップ段数を増やすことにより、上記の不
都合は回避可能であるが、個々の（８個の）バーナに遮
断弁を設けてその切り換えシステムを構築することは、
システムが複雑になりコストも高くなることから、現実
的な解決策とはいえない。遮断弁ではなく流量調整弁あ
るいは可変オリフィスを各燃料供給ラインに配置するこ
とにより、前記不都合を解消することも理論的には可能
であるが、技術的にもコスト的にも、採用できる解決策
ではない。However, if an attempt is made to switch under a condition of low NO x value, the combustion condition (combustion efficiency) deteriorates as described above and there is a risk of misfire, so it cannot be adopted in the operation of an actual machine. . In the above example, two burners are used as a set, and the fuel is simultaneously supplied from one main fuel supply line to the two burners, so that the flow rate of the supplied fuel changes greatly, and such an adverse effect occurs. It can also be said to be brought. Although the above inconvenience can be avoided by arranging the shutoff valves in each of the eight burners and increasing the number of switching steps, the shutoff valves are provided in each (8) burners to construct the switching system. The thing is
It is not a viable solution because the system becomes complicated and costly. Although it is theoretically possible to eliminate the inconvenience by arranging a flow rate adjusting valve or a variable orifice in each fuel supply line instead of a shutoff valve, a solution that can be adopted both technically and costly. is not.
【００１６】本発明の目的は、本出願人がすでに提案し
ている前記したマルチバーナ式燃焼器の燃料供給システ
ムに内在する前記のような不都合を、簡単な構成を付加
することにより解決することにあり、より具体的には、
失火を伴うことなくかつ低ＮＯx 燃焼条件を維持した状
態で、負荷条件に応じてバーナの作動本数を安定的に増
減できるようにしたマルチバーナ式燃焼器の改良された
燃料供給システムを提供することにある。The object of the present invention is to solve the above-mentioned inconvenience inherent in the fuel supply system of the multi-burner type combustor already proposed by the applicant by adding a simple structure. And more specifically,
To provide an improved fuel supply system of a multi-burner combustor capable of stably increasing or decreasing the number of burner operations depending on load conditions without causing misfire and maintaining low NO x combustion conditions. Especially.
【００１７】また、本発明の目的は、前記改良された燃
料供給システムにより制御されるマルチバーナ式燃焼器
を持つガスタービンを提供することにある。It is also an object of the present invention to provide a gas turbine having a multi-burner combustor controlled by the improved fuel supply system.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの本発明は、負荷条件に応じてバーナの作動本数を増
減するようにされたマルチバーナ式燃焼器の燃料供給シ
ステムであって、燃料マニホールドから各バーナへの主
燃料供給ラインの少なくとも１つに、燃料マニホールド
からのバイパス燃料ラインを接続し、該バイパス燃料ラ
インにはオリフィスを配置したことを特徴とする。The present invention for solving the above-mentioned problems provides a fuel supply system for a multi-burner type combustor, which is configured to increase or decrease the number of burner operations in accordance with load conditions. A bypass fuel line from the fuel manifold is connected to at least one of main fuel supply lines from the fuel manifold to each burner, and an orifice is arranged in the bypass fuel line.
【００１９】該オリフィスは当該主燃料供給ラインの燃
料流量の１／２流量となるように設定されることが望ま
しく、操作性及び構成の容易性から、固定オリフィスで
あることが望ましい。しかし、可変オリフィスであって
も初期の目的は達成可能である。また、バーナの本数は
２本以上であることを条件に任意であり、かつ、バーナ
の本数あるいは配置状態によっては、複数の主燃料供給
ラインに該オリフィス付きのバイパス燃料ラインを接続
するようにしてもよい。この場合には、構成的には複雑
となるが、一層の着火の安定性がもたらされる。It is desirable that the orifice be set so as to have a flow rate of 1/2 of the fuel flow rate of the main fuel supply line, and it is desirable that it is a fixed orifice from the viewpoint of operability and ease of construction. However, even with a variable orifice, the initial purpose can be achieved. Further, the number of burners is arbitrary provided that it is two or more, and depending on the number of burners or the arrangement state, a bypass fuel line with an orifice may be connected to a plurality of main fuel supply lines. Good. In this case, although the structure is complicated, further ignition stability is provided.
【００２０】また、本発明は、負荷条件に応じてバーナ
の作動本数を増減するようにされたマルチバーナ式燃焼
器を持つガスタービンであって、該マルチバーナ式燃焼
器の燃料マニホールドから各バーナへの主燃料供給ライ
ンの少なくとも１つには、燃料マニホールドからのバイ
パス燃料ラインが接続され、かつ、該バイパス燃料ライ
ンにはオリフィスが配置されていることを特徴とガスタ
ービンをも開示する。Further, the present invention is a gas turbine having a multi-burner type combustor adapted to increase or decrease the number of burner operating lines according to load conditions, wherein each burner is connected from a fuel manifold of the multi-burner type combustor. A gas turbine is also disclosed, characterized in that at least one of the main fuel supply lines to it is connected to a bypass fuel line from the fuel manifold, and an orifice is arranged in the bypass fuel line.
【００２１】本発明によるマルチバーナ式燃焼器の燃料
供給システムによれば、運転負荷条件に合わせて作動す
るバーナの本数を増加しようとするときには次のような
制御を行なう。すなわち、負荷が増加して新たなバーナ
に点火する切り換え点（従来システムでの負荷値よりも
低い値にセットされる）に達したとき、点火しようとす
るバーナに接続する主燃料供給ラインの遮断弁は閉じた
状態で、該オリフィス付きのバイパス燃料ラインに配置
した遮断弁を開く。それにより、バイパス燃料ラインに
接続したバーナには該オリフィスで制限された量の燃料
が供給される。オリフィスが１／２流量に制限される場
合には、主燃料供給ラインの供給量の半分の量の燃料が
供給される。その後、負荷が増加して所定値（従来シス
テムでの負荷値あるいはそれよりも高い値にセットされ
る）に達したとき、バイパス燃料ラインを閉じて、所期
の主燃料ラインの遮断弁を開く。According to the fuel supply system of the multi-burner type combustor according to the present invention, the following control is performed when increasing the number of burners operating according to the operating load condition. That is, when the load reaches a switching point (set to a value lower than the load value in the conventional system) for igniting a new burner, the main fuel supply line connected to the burner to be ignited is cut off. With the valve closed, open the shut-off valve located in the bypass fuel line with the orifice. As a result, the burner connected to the bypass fuel line is supplied with a limited amount of fuel at the orifice. When the orifice is limited to 1/2 flow rate, half the amount of fuel supplied to the main fuel supply line is supplied. After that, when the load increases and reaches a predetermined value (set to the load value of the conventional system or a higher value), the bypass fuel line is closed and the cutoff valve of the intended main fuel line is opened. .
【００２２】従来の燃料供給システムにおけるバーナ増
加時での燃料流量の変化量を１とした場合、上記の操作
で本発明によるバイパス燃料ラインを開閉することによ
り、０．５の流量変化量を得ることが可能となり、なだ
らかな流量変化でもって、バーナの作動本数の増加操作
を終えることができる。そのために、例えば、２、４、
６、８本と２本ずつ増加させる場合であっても、各バー
ナに供給される燃料流量の変化は、バーナの作動本数を
１本ずつ増やした場合と同等になる。それにより、失火
の危険性は回避され、同時に切り換え前のＮＯx 値が規
制値をオーバーしない範囲での切り換えが可能となる。When the change amount of the fuel flow rate when the burner is increased in the conventional fuel supply system is set to 1, the flow amount change amount of 0.5 is obtained by opening and closing the bypass fuel line according to the present invention by the above operation. Therefore, it is possible to finish the operation of increasing the number of burner operations with a gentle change in the flow rate. Therefore, for example, 2, 4,
Even in the case of increasing the number by 6 or 8 by two, the change in the flow rate of the fuel supplied to each burner is the same as that by increasing the number of operating burners by one. As a result, the risk of misfire is avoided, and at the same time, switching can be performed within a range in which the NO x value before switching does not exceed the regulation value.
【００２３】さらに、バーナの作動本数を減少する場合
にも、同様の手順を繰り返すことにより、失火の危険性
は回避され、ＮＯx 値も低減可能となる。Further, even when the number of burners to be operated is reduced, the risk of misfire can be avoided and the NO x value can be reduced by repeating the same procedure.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図３〜図７に基づき説明したマルチバーナ式燃焼
器の燃料供給システムに本発明によるバイパス燃料ライ
ンを付加する場合を例にとり説明する。図１は本発明に
よるマルチバーナ式燃焼器の燃料供給システムの一実施
例を説明する回路図であり、基本的には図５に示した燃
料制御システムと同じものであり、その一つの主燃料供
給ラインＬ4 に本発明によるバイパス燃料ラインＢＬが
接続されている。従って、図５に示される各部材と同じ
部材には同じ符号を付すにとどめ、詳しい説明は省略す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A preferred embodiment of the present invention will be described below by taking a case where a bypass fuel line according to the present invention is added to the fuel supply system for a multi-burner combustor described with reference to FIGS. explain. FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an embodiment of a fuel supply system for a multi-burner combustor according to the present invention, which is basically the same as the fuel control system shown in FIG. A bypass fuel line BL according to the present invention is connected to the supply line L 4 . Therefore, the same members as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００２５】この実施例において、前記バイパス燃料ラ
インＢＬは一端は燃料マニホールド５０に接続し、他端
は主燃料供給ラインＬ4 にその遮断弁Ｖ4 の下流位置で
接続している。さらに、バイパス燃料ラインＢＬには遮
断弁ＶＢとその下流にオリフィスＲが配置され、該遮断
弁ＶＢは、図示しないシーケンサからの信号により作動
する空気マニホールド６０に接続した操作空気制御用の
３方口電磁弁ＥＶＢにより開閉操作される。In this embodiment, one end of the bypass fuel line BL is connected to the fuel manifold 50, and the other end is connected to the main fuel supply line L 4 at a position downstream of the shutoff valve V 4 . Further, a cutoff valve VB and an orifice R are arranged downstream of the cutoff valve VB in the bypass fuel line BL, and the cutoff valve VB is connected to an air manifold 60 operated by a signal from a sequencer (not shown) and is a three-way port for operating air control. It is opened and closed by a solenoid valve EVB.
【００２６】図２は、図１に示した燃料制御システム
を、図７の燃焼特性を得た実機試験に用いたと同じマル
チバーナ式燃焼器に用いて実機実験した場合の燃焼特性
を示している。図２を参照して、本発明による燃料制御
システムの制御について説明する。この例において、バ
イパス燃料ラインＢＬは主燃料供給ラインＬ4 に接続し
ており、ステップ３（メインバーナ６本作動）の状態か
らステップ４（メインバーナ８本作動）への切り換わり
時での制御となる。FIG. 2 shows combustion characteristics when the fuel control system shown in FIG. 1 is used in an actual machine experiment using the same multi-burner type combustor used in the actual machine test for obtaining the combustion characteristics of FIG. . The control of the fuel control system according to the present invention will be described with reference to FIG. In this example, the bypass fuel line BL is connected to the main fuel supply line L 4 , and control at the time of switching from the state of step 3 (6 main burners operating) to step 4 (8 main burners operating) Becomes
【００２７】前記したように、メインバーナ６本作動
（６Ｍ）の状態で高い燃焼効率を得ようとすると、ＮＯ
x 発生率は基準値（目標値）を超えてしまう。ＮＯx 発
生値が目標値以下の時点Ａで、残り２本のバーナ（Ｍ
４）に接続する主燃料供給ラインＬ5 を開くと、燃焼効
率が低いために失火の恐れがある。As described above, when trying to obtain high combustion efficiency in the state of 6 main burners operating (6M), NO
The x occurrence rate exceeds the standard value (target value). At time A when the NO x generation value is less than or equal to the target value, the remaining two burners (M
If the main fuel supply line L 5 connected to 4) is opened, there is a risk of misfire due to low combustion efficiency.
【００２８】そこで、本発明による燃料制御システムに
おいては、前記Ａの時点（ＮＯx 値が目標値以下の範
囲）でバイパス燃料ラインＢＬに設けた遮断弁ＶＢを開
く。それにより、バイパス燃料ラインＢＬに設けたオリ
フィスＲの開度に比例する流量変化が先ず得られる。オ
リフィスＲの開度を主燃料供給ラインＬ4 の燃料流量の
１／２流量となるように設定する場合には、バーナの作
動本数があたかも６本＋１本であるかの状態が得られ、
従来のシステムにおける６本→８本の場合に比較して、
燃料流量の変化率を低くすることができる。それによ
り、低ＮＯx 燃焼に加え、失火が生じる恐れを回避でき
る。[0028] Therefore, in the fuel control system according to the present invention, opening the shutoff valve VB for the time of the A (NO x value is less range of the target value) is provided in the bypass fuel line BL in. Thereby, a flow rate change proportional to the opening degree of the orifice R provided in the bypass fuel line BL is first obtained. When the opening degree of the orifice R is set to 1/2 flow rate of the fuel flow rate of the main fuel supply line L 4 , a state where the number of burner operations is 6 + 1 is obtained,
Compared to the case of 6 → 8 in the conventional system,
The rate of change in fuel flow rate can be reduced. As a result, it is possible to avoid the possibility of misfire in addition to the low NO x combustion.
【００２９】その後、負荷が増加して所定値Ｂ（従来シ
ステムでの切り換え負荷値あるいはそれよりも幾分高い
値）に達した時点で、バイパス燃料ラインＢＬの遮断弁
ＶＢを閉じて、主燃料供給ラインＬ4 の遮断弁Ｖ4 を開
き、バーナ作動本数８本の運転を行なう。この際の流量
変化率はバーナ１本分であり、また、高い燃焼効率が得
られていることから失火の恐れはなく、ＮＯx 生成量も
目標値以下に維持される。After that, when the load increases and reaches a predetermined value B (switching load value in the conventional system or a value slightly higher than it), the shutoff valve VB of the bypass fuel line BL is closed and the main fuel is closed. open the shut-off valve V 4 of the supply line L 4, perform the operation of burner operation number eight. The flow rate change rate at this time is equivalent to that of one burner, and since high combustion efficiency is obtained, there is no risk of misfire, and the NO x production amount is maintained below the target value.
【００３０】上記のとおり、本発明による改良された燃
料制御システムは、従来の燃料制御システムにバイパス
燃料ラインＢＬとその制御手段を追加するのみで構築可
能であり、複雑な構成を必要としない。従って、高いコ
ストを必要とせずまた操作もメンテナンスも容易とな
る。また、本発明による改良された燃料制御システムを
持つマルチバーナ式燃焼器及び該燃焼器を用いたガスタ
ービン燃焼器においては、負荷変動に伴い作動バーナ切
り換えを所定の空燃比を維持した状態で容易に遂行可能
となり、ＮＯx 生成量を目標値以下に維持することも容
易となる。また、失火の発生も回避できる。As described above, the improved fuel control system according to the present invention can be constructed by only adding the bypass fuel line BL and its control means to the conventional fuel control system, and does not require a complicated structure. Therefore, no high cost is required, and the operation and maintenance are easy. Further, in the multi-burner type combustor having the improved fuel control system according to the present invention and the gas turbine combustor using the combustor, it is easy to switch the operating burner with a change in load while maintaining a predetermined air-fuel ratio. Therefore, it becomes easy to maintain the NO x production amount below the target value. Also, the occurrence of misfire can be avoided.
【００３１】上記の説明は本発明によるマルチバーナ式
燃焼器の燃料供給システムの一実施例の説明にすぎず、
他に多くの変形例が存在する。先ず、マルチバーナ式燃
焼器のバーナ本数は８本に限ることなく任意であり、ま
た、２本のバーナが対となって点火される形式であるこ
とも必須でない。追い焚きバーナも必須でない。さら
に、図２では、バイパス燃料ラインＢＬを主燃料供給ラ
インＬ4 に接続するものとして示したが、これは、主燃
料供給ラインＬ4 が最大負荷時に作動するようにされた
バーナ群（すなわち、最後に点火されるバーナ群）への
燃料供給ラインであるためであり、他の燃料供給ライン
が最大負荷時に作動するバーナに接続する場合には、そ
の燃料供給ラインに接続するように配置する。バイパス
燃料ラインＢＬに遮断弁とオリフィスの双方を配置する
ことも必須でなく、流量調整弁等のように可変流量を得
ることのできる手段であれば、それのみでも所期の目的
は達成可能である。The above description is merely the description of one embodiment of the fuel supply system for the multi-burner combustor according to the present invention.
There are many other variations. First, the number of burners in the multi-burner combustor is not limited to eight, and it is not essential that two burners be paired and ignited. An additional burner is not essential. Further, in FIG. 2, is shown as a bypass fuel line BL in the main fuel supply line L 4, which is, burner group the main fuel supply line L 4 is adapted to operate at full load (i.e., This is because it is the fuel supply line to the burner group (which is finally ignited), and when the other fuel supply line is connected to the burner that operates at maximum load, it is arranged so as to be connected to that fuel supply line. It is not essential to dispose both the shutoff valve and the orifice in the bypass fuel line BL, and the intended purpose can be achieved only with such a means that can obtain a variable flow rate such as a flow rate adjusting valve. is there.
【００３２】また、上記の説明では、本発明の制御を６
本から８本への切り換わり時に適用した場合を説明した
が、２本から４本、４本から６本のように他のステップ
での切り換わり時にも同様に適用できることは理解され
よう。それにより、定格負荷に至るまでの制御での、低
ＮＯx 燃焼及び失火の回避が可能となる。Further, in the above description, the control of the present invention will be described.
Although the case where it is applied at the time of switching from books to eight has been described, it will be understood that the same can be applied at the time of switching at other steps such as 2 to 4, 4 to 6, and so on. As a result, it is possible to avoid low NO x combustion and misfire in the control up to the rated load.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、マルチバーナ式燃焼器
の燃料供給システムに簡単な構成を付加するのみで、負
荷条件に応じてバーナの作動本数を増減する際の燃焼状
態を一層安定化しかつ低ＮＯx 燃焼を可能とすることが
でき、ガスタービンを用いたコジェネレーションシステ
ムにおけるＮＯx 低減策としてきわめて有効に用いるこ
とができる。According to the present invention, by simply adding a simple structure to the fuel supply system of the multi-burner type combustor, the combustion state can be further stabilized when the number of burner operations is increased or decreased according to the load condition. Moreover, it is possible to enable low NO x combustion, and it can be used very effectively as a NO x reduction measure in a cogeneration system using a gas turbine.
【図１】本発明による燃料供給システムを説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a fuel supply system according to the present invention.
【図２】本発明による燃料供給システムを実機に提要し
た場合の運転状態を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an operating state when the fuel supply system according to the present invention is applied to an actual machine.
【図３】マルチバーナ式燃焼器を説明する断面図。FIG. 3 is a sectional view illustrating a multi-burner combustor.
【図４】マルチバーナ式燃焼器のバーナの配置を説明す
る模式図。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the arrangement of burners in a multi-burner combustor.
【図５】従来の燃料供給システムを説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional fuel supply system.
【図６】マルチバーナ式燃焼器のバーナの切り換え状態
を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a burner switching state of a multi-burner combustor.
【図７】従来の燃料供給システムを実機に提要した場合
の運転状態を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an operating state when a conventional fuel supply system is applied to an actual machine.
５０…燃料マニホールド、６０…空気マニホールド、Ｌ
P 、Ｌ1 〜Ｌ4 、Ｌｍ…燃料供給ライン、ＶＰ 、Ｖ2
〜Ｖ4 、Ｖm …遮断弁、ＥＶp 、ＥＶ2 〜ＥＶ4、ＥＶ
m …３方口電磁弁、Ｐ…パイロットバーナ、Ｍ１〜Ｍ４
…メインバーナ、ｍ…追い焚きバーナ、ＢＬ…バイパス
燃料ライン、ＶＢ…バイパス燃料ライン用遮断弁、Ｒ…
オリフィス、ＥＶＢ…バイパス燃料ライン操作空気制御
用の３方口電磁弁50 ... Fuel manifold, 60 ... Air manifold, L
P , L 1 to L 4 , L m ... Fuel supply line, V P , V 2
~V 4, V m ... shutoff valve, EV p, EV 2 ~EV 4 , EV
m : 3-way solenoid valve, P: Pilot burner, M1 to M4
... Main burner, m ... Reheating burner, BL ... Bypass fuel line, VB ... Bypass fuel line shutoff valve, R ...
Orifice, EVB ... 3-way solenoid valve for controlling bypass air operation air
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000000974 川崎重工業株式会社 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 (72)発明者 矢作 正博 東京都豊島区西巣鴨１−28−２−306 (72)発明者 田振 晶 大阪府東大阪市吉田８丁目７−36 (72)発明者 浅野 好昭 愛知県尾西市三条四反田65 (72)発明者 梶田 眞市 兵庫県神戸市垂水区神和台３丁目９−８ (72)発明者 木村 武清 兵庫県神戸市西区春日台１丁目20−12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (71) Applicant 000000974 Kawasaki Heavy Industries, Ltd. 3-1-1 Higashikawasakicho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo (72) Inventor Masahiro Yahagi 1-28-2-306 Nishisugamo, Toshima-ku, Tokyo (72) Inventor, Akira Tashin, 8-chome, Yoshida, 8-chome, Higashi-Osaka, Osaka (72) Inventor, Yoshiaki Asano, 65 Sanjo, Shitanda, Onishi, Aichi Prefecture Chome 9-8 (72) Inventor Takeyoshi Kimura 1-20-12 Kasugadai, Nishi-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture
Claims (5)
減するようにされたマルチバーナ式燃焼器の燃料供給シ
ステムであって、燃料マニホールドから各バーナへの主
燃料供給ラインの少なくとも１つに、燃料マニホールド
からのバイパス燃料ラインを接続し、該バイパス燃料ラ
インにはオリフィスを配置したことを特徴とするマルチ
バーナ式燃焼器の燃料供給システム。1. A fuel supply system for a multi-burner combustor configured to increase or decrease the number of burners to be operated according to load conditions, wherein at least one main fuel supply line from a fuel manifold to each burner is provided. A fuel supply system for a multi-burner type combustor, wherein a bypass fuel line from a fuel manifold is connected, and an orifice is arranged in the bypass fuel line.
燃料流量の１／２流量となるように設定されることを特
徴とする請求項１記載のマルチバーナ式燃焼器の燃料供
給システム。2. The fuel supply system for a multi-burner combustor according to claim 1, wherein the orifice is set so as to have a flow rate of 1/2 of the fuel flow rate of the main fuel supply line.
とを特徴とする請求項１記載のマルチバーナ式燃焼器の
燃料供給システム。3. The fuel supply system for a multi-burner combustor according to claim 1, wherein the orifice is a fixed orifice.
とを特徴とする請求項１記載のマルチバーナ式燃焼器の
燃料供給システム。4. The fuel supply system for a multi-burner combustor according to claim 1, wherein the orifice is a variable orifice.
減するようにされたマルチバーナ式燃焼器を持つガスタ
ービンであって、該マルチバーナ式燃焼器の燃料マニホ
ールドから各バーナへの主燃料供給ラインの少なくとも
１つには、燃料マニホールドからのバイパス燃料ライン
が接続され、かつ、該バイパス燃料ラインにはオリフィ
スが配置されていることを特徴とするガスタービン。5. A gas turbine having a multi-burner type combustor adapted to increase or decrease the number of burner operating lines depending on load conditions, the main fuel from a fuel manifold of the multi-burner type combustor to each burner. A gas turbine, wherein a bypass fuel line from a fuel manifold is connected to at least one of the supply lines, and an orifice is arranged in the bypass fuel line.
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| JP31685195A JP3578852B2 (en) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | Fuel supply system for multi-burner type combustor and gas turbine having the fuel supply system |
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