JPH09324657A - Gas turbine equipment - Google Patents

Gas turbine equipment

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JPH09324657A
JPH09324657A JP16835796A JP16835796A JPH09324657A JP H09324657 A JPH09324657 A JP H09324657A JP 16835796 A JP16835796 A JP 16835796A JP 16835796 A JP16835796 A JP 16835796A JP H09324657 A JPH09324657 A JP H09324657A
Authority
JP
Japan
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fuel
combustion
premixed
gas turbine
flow rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP16835796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Wakasa
高史 若狭
Fumiyuki Hirose
文之 広瀬
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP16835796A priority Critical patent/JPH09324657A/en
Publication of JPH09324657A publication Critical patent/JPH09324657A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine equipment which is favorable for contributing toward a stability of a system with a governor-free operation and securing a stable combustion under the time of fluctuated cycles of a system. SOLUTION: A combustion device 11 having a diffused combustion and a premixed combustion and a controller of a flow rate control valve 17 of diffused combustion fuel, and a flow rate control valve 16 of premixed combustion fuel is provided. Then, the flow rate of the fuel for diffused combustion is changed on the basis of a fuel control instruction (control signal) which is guided with a frequency change of the system and a request load which is set in advance. At the same time, the flow rate of the premixed combustion is changed independent of a fuel control instruction to remove and abrupt change of the premixed combustion fuel.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、予混合燃焼及び拡
散燃焼を有するガスタービン燃焼器に係わり、特に、系
統の周波数変動が生じても失火を防止するガスタービン
設備に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor having premixed combustion and diffusion combustion, and more particularly to a gas turbine equipment for preventing misfire even if frequency fluctuations occur in the system.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のガスタービン設備は、環境規制上
から排出NOx濃度の低減を行なうために、特開平5−
215338号公報に記載のように、予混合燃焼と拡散
燃焼との組合わせによる低NOx燃焼器を採用し、拡散
燃焼は、一般的に予混合燃焼を使用するまでのガスター
ビン速度、負荷の制御と、予混合燃焼のための火種と、
予混合燃焼火炎の保炎のために使用される。燃焼器の制
御方法については、特開平4−124522号公報、特
開平5−149544号公報、特開平4−124522
号公報に記載のように、ガスタービン負荷に対して図1
6のように予混合燃焼用燃料指令値に基づいて予混合燃
焼用燃料の投入量を決定する。
2. Description of the Related Art In recent gas turbine equipment, in order to reduce the NOx concentration discharged from the environment, there is a need to reduce the NOx concentration.
As described in Japanese Patent No. 215338, a low NOx combustor is used which is a combination of premixed combustion and diffusion combustion, and diffusion combustion generally controls gas turbine speed and load until premixed combustion is used. And the spark for premixed combustion,
Used for flame holding of premixed combustion flames. Regarding the control method of the combustor, JP-A-4-124522, JP-A-5-149544, and JP-A-4-124522.
As described in the publication, FIG.
As in 6, the injection amount of the premixed combustion fuel is determined based on the premixed combustion fuel command value.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年のガスタービン設
備の負荷安定性の一因として、ガバナーフリー制御が挙
げられる。同一系統内の発電所が同一の電力調停率で運
用されることにより、短い周期で負荷が増減した際に、
系統の周波数の変動に応じて瞬時的に発電出力が増減さ
れる。このように、同一系統内の発電所がガバナーフリ
ー制御されることによって、系統上の周波数は安定す
る。ところが、様々な要因により、系統周波数は変動し
ており、特に、原子力発電所や石炭火力発電所が占める
割合の高い系統は、負荷変化に発電所の出力が対応しき
れないため、系統安定性が悪く、系統周波数の振り幅が
大きい。特開平4−124522号公報に記載の従来の
ガスタービン設備では、系統周波数の振動が生じると、
図17のように、調速制御を行なうべく燃料制御指令
(系統の要求する負荷)が振動し、これにより拡散、予
混合燃焼燃料指令値が振動する。予混合燃焼は火炎の燃
空比安定域が狭いため、予混合燃焼燃料指令値が振動す
ると、図20のように、予混合燃焼燃空比を可燃範囲に
保つために予混合燃焼への空気流量を調節する装置であ
るIFC装置(Interial Flow Cont
rol)と、ガスタービン圧縮機の吸込空気流量を調節
する装置であるIGV装置(Inlet Guide
Vane)の応答遅れにより、各々の動作のタイミング
がずれ、予混合燃焼の燃空比が適正範囲からはずれてし
まうことや、振動により火炎が不安定となることから、
予混合燃焼の火炎が喪失してしまう、という問題があ
る。これに対し、図18、図19のように、燃料制御指
令を制限することにより、予混合燃焼用燃料流量の高周
波数微小変動を除去し、予混合燃焼火炎の失火を防止を
図ると、ガバナーフリー運転をすることに比べ、系統安
定性への寄与度が低くなる。
Governor-free control is one of the factors contributing to the load stability of gas turbine equipment in recent years. When power plants in the same grid operate at the same power arbitration rate, when the load increases or decreases in a short cycle,
The power generation output is instantaneously increased or decreased according to the fluctuation of the frequency of the grid. In this way, the power stations in the same grid are governor-free controlled to stabilize the frequency on the grid. However, the system frequency fluctuates due to various factors, and especially in the case of a system where nuclear power plants and coal-fired power plants occupy a high proportion, the output of the power plant cannot fully respond to load changes, so system stability is high. Is bad, and the amplitude of the system frequency is large. In the conventional gas turbine equipment described in JP-A-4-124522, when vibration of the system frequency occurs,
As shown in FIG. 17, the fuel control command (load required by the system) oscillates to perform the speed control, which causes the diffusion and premix combustion fuel command value to oscillate. Since the premixed combustion has a narrow flame-air ratio stable range of the flame, when the premixed combustion fuel command value oscillates, as shown in FIG. An IFC device (Internal Flow Cont) which is a device for adjusting the flow rate.
and an IGV device (Inlet Guide) that is a device for adjusting the intake air flow rate of the gas turbine compressor.
Vane) delays the timing of each operation, the fuel-air ratio of premixed combustion deviates from the proper range, and the flame becomes unstable due to vibration,
There is a problem that the flame of premixed combustion is lost. On the other hand, as shown in FIGS. 18 and 19, by limiting the fuel control command, high-frequency minute fluctuations in the fuel flow rate for premix combustion are removed, and misfire of the premix combustion flame is prevented. Compared to free operation, the contribution to system stability is lower.

【0004】本発明の課題は、系統周波数変動時におい
てもガスタービンのガバナーフリー運転により系統安定
性に寄与し、かつ、安定燃焼を確保するに好適なガスタ
ービン設備を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a gas turbine facility which contributes to system stability by governor-free operation of a gas turbine even when the system frequency fluctuates and which ensures stable combustion.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題は、拡散燃焼及
び予混合燃焼を有する燃焼器と、拡散燃焼用燃料の流量
制御弁及び予混合燃焼用燃料の流量制御弁を制御する制
御装置を備え、系統の周波数変動と予め設定した要求負
荷により導かれる燃料制御指令に基づいて拡散燃焼用燃
料の流量を変動させると共に、予混合燃焼用燃料の流量
を前記燃料制御指令とは独立に変動させ、急激な変動を
排除することによって、解決される。また、拡散燃焼及
び複数の予混合燃焼を有する燃焼器と、拡散燃焼用燃料
の流量制御弁及び複数の予混合燃焼に供給する複数の予
混合燃焼用燃料の流量制御弁を制御する制御装置を備
え、系統の周波数変動と予め設定した要求負荷により導
かれる燃料制御指令に基づいて拡散燃焼用燃料の流量を
変動させると共に、複数の予混合燃焼用燃料の流量を前
記燃料制御指令とは独立に変動させ、急激な変動を排除
することによって、解決される。また、IGV装置及び
IFC装置を備え、IGV装置及びIFC装置を燃料制
御指令とは独立に動作させ、予混合燃焼用燃料の流量制
御動作に従属させることによって、解決される。
The above object includes a combustor having diffusion combustion and premixed combustion, and a control device for controlling the flow rate control valve for diffusion combustion fuel and the flow rate control valve for premixed combustion fuel. , While varying the flow rate of the diffusion combustion fuel based on the fuel control command derived from the system frequency variation and the preset required load, and varying the flow rate of the premixed combustion fuel independently of the fuel control command, It is solved by eliminating sudden fluctuations. Further, a combustor having diffusion combustion and a plurality of premixed combustions, a control device for controlling the flow control valve for the diffusion combustion fuel and the flow control valve for the plurality of premixed combustion fuels supplied to the plurality of premixed combustions are provided. The flow rate of the diffusion combustion fuel is varied based on a fuel control command derived from the system frequency variation and a preset required load, and the flow rates of a plurality of premixed combustion fuels are independent of the fuel control command. It is solved by making it fluctuate and eliminating sudden fluctuations. Further, the problem is solved by including the IGV device and the IFC device, operating the IGV device and the IFC device independently of the fuel control command, and subordinating the flow control operation of the fuel for premixed combustion.

【0006】本発明は、燃料制御指令の高周波微小変動
成分を除いた信号を形成することができ、これにより予
混合燃焼用燃料流量制御弁の流量を燃料制御指令とは独
立に変動させ、ガスタービン・ガバナーフリー運用時の
予混合燃焼用燃料流量制御弁による燃料流量の急激な変
動を排除し、また、IFC装置の動作及びIGV装置の
動作を予混合燃焼用燃料流量制御弁の動作に従属させる
ことにより、系統周波数変動時においてもガバナーフリ
ー運転により系統安定性に寄与し、予混合燃焼燃空比を
可燃範囲に保ち、安定した予混合燃焼火炎を形成するこ
とができる。また、燃焼器に予混合燃焼用燃料を供給す
る複数の系統を備えることによって、IFC装置の装備
を省略することができ、システムとして簡略化され、安
価に構成することができる。
The present invention can form a signal excluding the high frequency minute fluctuation component of the fuel control command, whereby the flow rate of the fuel flow control valve for premixed combustion is fluctuated independently of the fuel control command, and the gas is controlled. Excludes sudden fluctuations in fuel flow rate due to the fuel flow control valve for premixed combustion during turbine / governor-free operation, and makes the operation of the IFC device and IGV device dependent on the operation of the fuel flow control valve for premixed combustion. By doing so, even when the system frequency fluctuates, the governor-free operation contributes to system stability, the premixed combustion fuel-air ratio can be maintained in the combustible range, and a stable premixed combustion flame can be formed. Further, by providing the combustor with a plurality of systems for supplying the fuel for premixed combustion, the equipment of the IFC device can be omitted, and the system can be simplified and inexpensively constructed.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態を示す
ガスタービン設備の構成図である。図1において、ガス
タービン設備は、圧縮機1とタービン2と燃焼装置7か
ら構成されるガスタービン3の軸に発電機5が直結さ
れ、回転速度計8がガスタービン3と発電機5の間に設
置される。ガスタービン制御装置9は、発電機5からの
母線周波数と、回転速度計8からのガスタービン回転数
と、ガスタービン排気ガス4中に挿入された排気ガス温
度計10からの排気ガス温度を情報として取り込み、こ
れをもとに、ガスタービン設備の許容温度範囲内である
ことと、ガスタービンの熱効率ができるだけ高くなるこ
とと、ガスタービン排気ガス4のNOx濃度ができるだ
け低くなることを目的として、IGV装置6を制御して
圧縮機吸い込み空気流量を調節し、燃焼装置7を制御す
ることにより、投入燃料量及び予混合燃焼燃空比を調節
して、ガスタービン速度や負荷を制御する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of gas turbine equipment showing an embodiment of the present invention. 1, in the gas turbine equipment, a generator 5 is directly connected to a shaft of a gas turbine 3 composed of a compressor 1, a turbine 2, and a combustion device 7, and a tachometer 8 is provided between the gas turbine 3 and the generator 5. Is installed in. The gas turbine controller 9 provides information on the bus frequency from the generator 5, the gas turbine speed from the tachometer 8, and the exhaust gas temperature from the exhaust gas thermometer 10 inserted in the gas turbine exhaust gas 4. And based on this, for the purpose of being within the allowable temperature range of the gas turbine equipment, increasing the thermal efficiency of the gas turbine as high as possible, and decreasing the NOx concentration of the gas turbine exhaust gas 4 as low as possible, By controlling the IGV device 6 to adjust the compressor intake air flow rate and controlling the combustion device 7, the input fuel amount and the premixed combustion fuel-air ratio are adjusted to control the gas turbine speed and load.

【0008】図2は、図1の燃焼装置7の詳細を示す。
燃焼器11は、拡散燃焼ノズル20と、予混合燃焼ノズ
ル21と、IFC装置12から構成される。IFC装置
12は、ガスタービン制御装置9からの指令信号を受け
たIFC駆動装置13により動作し、予混合燃焼燃空比
を調整する。拡散燃焼ノズル20及び予混合燃焼ノズル
21は、図示省略する燃料源に接続される燃料配管から
分岐した拡散燃焼用燃料配管及び予混合燃焼用燃料配管
にそれぞれ接続されている。拡散燃焼用燃料配管に設置
された拡散燃焼用燃料流量制御弁17と予混合燃焼用燃
料配管に設置された予混合燃焼用燃料流量制御弁16
は、ガスタービン制御装置9からの指令信号を受けて、
それぞれ拡散燃焼用燃料流量と予混合燃焼用燃料流量を
調整する。拡散燃焼用燃料配管に設置された拡散燃焼用
燃料圧力調節弁15と予混合燃焼用燃料配管に設置され
た予混合燃焼用燃料圧力調節弁14は、ガスタービン制
御装置9からの信号を受けて、それぞれ拡散燃焼用燃料
流量制御弁17の入口部分と予混合燃焼用燃料流量制御
弁16の入口部分の燃料圧力を調節し、拡散燃焼用燃料
圧力調節弁15と予混合燃焼用燃料圧力調節弁14の制
御性を高める。燃焼器11は、1台のガスタービン3に
対し、同じものが例えば14個設置されているため、拡
散燃焼用燃料配管に設置された拡散燃焼用燃料マニホー
ルド19と、予混合燃焼用燃料配管に設置された予混合
燃料マニホールド18により、燃料配管が燃焼器個数だ
け分岐し、各々燃焼器11に接続される。
FIG. 2 shows details of the combustion device 7 of FIG.
The combustor 11 includes a diffusion combustion nozzle 20, a premixing combustion nozzle 21, and an IFC device 12. The IFC device 12 operates by the IFC drive device 13 that receives the command signal from the gas turbine control device 9, and adjusts the premixed combustion fuel-air ratio. The diffusion combustion nozzle 20 and the premix combustion nozzle 21 are respectively connected to a diffusion combustion fuel pipe and a premix combustion fuel pipe branched from a fuel pipe connected to a fuel source (not shown). Fuel flow control valve for diffusion combustion 17 installed in the fuel pipe for diffusion combustion and fuel flow control valve 16 for premixed combustion installed in the fuel pipe for premix combustion
Receives a command signal from the gas turbine control device 9,
The fuel flow rate for diffusion combustion and the fuel flow rate for premixed combustion are adjusted respectively. The fuel pressure control valve 15 for diffusion combustion installed in the fuel pipe for diffusion combustion and the fuel pressure control valve 14 for premixed combustion installed in the fuel pipe for premixed combustion receive signals from the gas turbine control device 9. , The fuel pressures of the diffusion combustion fuel flow rate control valve 17 and the premixed combustion fuel flow rate control valve 16 are adjusted to adjust the diffusion combustion fuel pressure control valve 15 and the premixed combustion fuel pressure control valve, respectively. 14 controllability is enhanced. Since, for example, 14 same combustors 11 are installed for one gas turbine 3, a combustor 11 for diffusion combustion installed in the fuel pipe for diffusion combustion and a fuel pipe for premixed combustion are installed in the combustor 11. By the installed premixed fuel manifold 18, the fuel pipes are branched by the number of combustors and are connected to the combustors 11.

【0009】図3は、図1のガスタービン制御装置9内
の回路の詳細を示す。ガスタービン制御装置は、図1の
発電機5からの母線周波数と、回転速度計8からのガス
タービン回転数と、ガスタービン排気ガス中に挿入され
た排気ガス温度計10からの排気ガス温度を情報として
取り込み、要求負荷をあわせて演算器22において燃料
制御指令23を導く。この信号を2方向に分岐させ、一
方は変化率制限器24を通すことにより、図4における
破線よりも実線のように急激な燃料制御指令の変化を排
除する。図4において、破線と実線は、本実施形態にお
ける変化率制限器24を通す前後の燃料制御指令値を各
々示し、一点鎖線は、予混合燃焼が安定燃焼できる範囲
の最大増加、減少量を表わす。また、図中の演算器サン
プリングタイムとは、演算器28が燃料制御指令23を
出力した後、もう一度前記各種ガスタービン運転情報を
取込み、燃焼制御指令23を出力するまでの時間を表わ
す。関数発生器27内には、図5のグラフに示すような
データつまり燃焼制御指令値に対する拡散燃料比率(拡
散燃料指令値/燃焼制御指令)が入力されており、変化
率制限器24を通過した信号を取込み、拡散燃料比率を
算出する。この拡散燃料比率と変化率制限器24を通過
した信号を乗算器25にて乗算し、更に減算器26に変
化率制限器24を通過した信号から減算することによ
り、予混合燃料指令値を決定する。この場合の予混合燃
料指令値は、図6に示すような急激な変動がない予混合
燃料指令となる。一方、変化率制限器24を通っていな
い信号と、変化率制限器24を通った信号との差を減算
器28にて算出し、これを加算器29にて乗算器25を
出た信号に加算することにより、拡散燃料指令値を決定
する。この場合の拡散燃料指令値は、図6に示すような
拡散燃料指令となる。IGV装置及びIFC装置は、変
化率制限器24を通った信号により、予混合燃料指令値
に従属した変動率にて制御される。また、ガスタービン
を緊急停止させねばならない時に発せられる軸保護信号
55が入力された場合は、燃料制御指令は変化率制限器
24を素通りし、信号に制限がかからないことから、従
来例と同じ時間で予混合燃料指令を0にすることがで
き、従来例と同じ時間でガスタービンを停止する。
FIG. 3 shows the details of the circuit in the gas turbine controller 9 of FIG. The gas turbine controller controls the bus frequency from the generator 5 in FIG. 1, the gas turbine speed from the tachometer 8 and the exhaust gas temperature from the exhaust gas thermometer 10 inserted in the gas turbine exhaust gas. The information is fetched, and the fuel control command 23 is guided by the calculator 22 together with the required load. By branching this signal in two directions and passing the change rate limiter 24 in one direction, a sudden change in the fuel control command as indicated by the solid line rather than the broken line in FIG. 4 is eliminated. In FIG. 4, the broken line and the solid line respectively show the fuel control command values before and after passing through the change rate limiter 24 in the present embodiment, and the alternate long and short dash line shows the maximum increase / decrease amount in the stable premixed combustion range. . Further, the computing unit sampling time in the figure represents the time from the computing unit 28 outputting the fuel control command 23, to the fetching of the various gas turbine operation information again and the outputting of the combustion control command 23. Data as shown in the graph of FIG. 5, that is, the diffusion fuel ratio (diffusion fuel command value / combustion control command) with respect to the combustion control command value is input into the function generator 27, and the data passes through the change rate limiter 24. The signal is acquired and the diffusion fuel ratio is calculated. The premixed fuel command value is determined by multiplying the diffusion fuel ratio and the signal passed through the change rate limiter 24 by the multiplier 25, and further subtracting the signal from the signal passed through the change rate limiter 24 by the subtractor 26. To do. The premixed fuel command value in this case is a premixed fuel command without abrupt changes as shown in FIG. On the other hand, the difference between the signal that has not passed through the rate-of-change limiter 24 and the signal that has passed through the rate-of-change limiter 24 is calculated by the subtractor 28, and this is converted into the signal output from the multiplier 25 by the adder 29. By adding, the diffusion fuel command value is determined. The diffusion fuel command value in this case is a diffusion fuel command as shown in FIG. The IGV device and the IFC device are controlled by the signal passing through the rate-of-change limiter 24 at a variation rate depending on the premix fuel command value. Further, when the shaft protection signal 55 issued when the gas turbine has to be brought to an emergency stop, the fuel control command passes through the rate-of-change limiter 24 and the signal is not restricted. The premix fuel command can be set to 0, and the gas turbine is stopped at the same time as the conventional example.

【0010】以上、本実施形態によれば、ガスタービン
・ガバナーフリー運用時の燃料流量変動は、図6のよう
になり、予混合燃焼の失火の原因となるような急激な変
動を排除し、また、IFC装置の動作及びIGV装置の
動作を予混合燃焼用燃料流量制御弁の動作に従属させる
ことにより、IGV装置動作とIFC装置動作と予混合
燃料指令のタイミングのずれを排除することができ、系
統周波数変動時においてもガバナーフリー運転により系
統安定性に寄与し、予混合燃焼燃空比を可燃範囲に保
ち、予混合燃焼の失火を防止し、安定した予混合燃焼火
炎を形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the fuel flow rate fluctuation during the gas turbine / governor-free operation is as shown in FIG. 6, and the rapid fluctuation which causes the misfire of the premixed combustion is eliminated, Further, by substituting the operation of the IFC device and the operation of the IGV device with the operation of the fuel flow rate control valve for premixed combustion, it is possible to eliminate the timing difference between the operation of the IGV device, the operation of the IFC device, and the premixed fuel command. Governor-free operation contributes to system stability even when the system frequency fluctuates, keeps the premixed combustion fuel-air ratio in the combustible range, prevents premixed combustion misfire, and forms a stable premixed combustion flame. it can.

【0011】図7は、本発明の他の実施形態を示す。本
実施形態と図1の実施形態と異なる部分は、IFC装置
12が本実施形態には無いことと、予混合燃焼用燃料流
量制御弁16とその制御系統が図1の実施形態の場合1
式であったが、本実施形態では4式存在することにあ
る。以下、図面を参照して説明する。図7において、図
1の実施形態と同一符号は、同一部分または相当部分を
示す。図7が図1と異なる点は、燃焼装置7ではなく、
燃焼装置30が設置されていることと、ガスタービン制
御装置9ではなく、ガスタービン制御装置40が設置さ
れていることである。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. The difference between this embodiment and the embodiment of FIG. 1 is that the IFC device 12 is not provided in this embodiment, and that the premixed combustion fuel flow rate control valve 16 and its control system are those of the embodiment of FIG.
Although it was a formula, there are four formulas in this embodiment. Hereinafter, description will be made with reference to the drawings. 7, the same reference numerals as those of the embodiment of FIG. 1 indicate the same or corresponding portions. The difference between FIG. 7 and FIG. 1 is not the combustion device 7,
The combustion device 30 is installed, and the gas turbine control device 40 is installed instead of the gas turbine control device 9.

【0012】図8は、図7の燃焼装置30の詳細を示
す。図8と図2と同一符号は、同一部分または相当部分
を示す。図8が図2と異なる点は、IFC装置12及び
IFC駆動装置13が設置されていないことと、予混合
燃焼用燃料圧力制御弁14と燃焼器31との間で配管が
4方向に分かれ、一次予混合燃料流量制御弁36が設置
されている第一の配管は一次予混合燃焼ノズル32に接
続して一次予混合燃料流量を制御し、二次予混合燃料流
量制御弁37が設置されている第二の配管は二次予混合
燃焼ノズル33に接続して二次予混合燃料流量を制御
し、三次予混合燃料流量制御弁38が設置されている第
三の配管は三次予混合燃焼ノズル34に接続して三次予
混合燃料流量を制御し、四次予混合燃料流量制御弁39
が設置されている第四の配管は四次予混合燃焼ノズル3
5に接続して四次予混合燃料流量を制御していることで
ある。燃焼装置30では、該一次、二次、三次、四次予
混合燃料流量を図9のように制御することによって、予
混合燃焼燃空比を調節する。また、図1の実施形態1と
同様に燃焼器31が例えば14個設置されているため、
一次予混合燃料マニホールド51と、二次予混合燃料マ
ニホールド52と、三次予混合燃料マニホールド53
と、四次予混合燃料マニホールド54により燃焼器数個
分だけ燃料配管を分岐し、それぞれ燃焼器31に接続す
る。
FIG. 8 shows details of the combustion device 30 of FIG. 8 and FIG. 2 indicate the same or corresponding parts. The difference between FIG. 8 and FIG. 2 is that the IFC device 12 and the IFC drive device 13 are not installed, and the pipes are divided into four directions between the premixed combustion fuel pressure control valve 14 and the combustor 31. The first pipe in which the primary premixed fuel flow rate control valve 36 is installed is connected to the primary premixed combustion nozzle 32 to control the primary premixed fuel flow rate, and the secondary premixed fuel flow rate control valve 37 is installed. The second pipe is connected to the secondary premixed combustion nozzle 33 to control the secondary premixed fuel flow rate, and the third pipe in which the tertiary premixed fuel flow rate control valve 38 is installed is the tertiary premixed combustion nozzle. 34 to control the third-order premixed fuel flow rate, and to control the fourth-order premixed fuel flow rate control valve 39.
The fourth pipe where is installed is the quaternary premixed combustion nozzle 3
5 is connected to control the quaternary premixed fuel flow rate. In the combustion device 30, the premixed combustion fuel-air ratio is adjusted by controlling the primary, secondary, tertiary, and quaternary premixed fuel flow rates as shown in FIG. Further, since, for example, 14 combustors 31 are installed as in the first embodiment of FIG. 1,
Primary premix fuel manifold 51, secondary premix fuel manifold 52, and tertiary premix fuel manifold 53
Then, the fuel pipes are branched by the number of combustors by the fourth-order premixed fuel manifold 54 and connected to the combustors 31, respectively.

【0013】図10は、図7のガスタービン制御装置4
0内の回路の詳細を示す。図10と図3の同一符号は、
同一部分または相当部分を示す。ガスタービン制御装置
40は、図7の発電機5からの母線周波数と、回転速度
計8からのガスタービン回転数と、ガスタービン排気ガ
ス中に挿入された排気ガス温度計10からの排気ガス温
度を情報として取り込み、要求負荷をあわせて演算器2
2において燃料制御指令23が導かれる。この信号を2
方向に分岐させ、一方は変化率制限器24を通すことに
より、図3と同様に変化率を制限し、これをもとに乗算
器41と、図11のグラフのように燃料制御指令から拡
散燃料比率を算出する関数発生器42により、一次予混
合燃料指令値を決定し、乗算器43と、図12のグラフ
のように燃料制御指令から拡散燃料比率を算出する関数
発生器44により、二次予混合燃料指令値を決定し、乗
算器45と、図13のグラフのように燃料制御指令から
拡散燃料比率を算出する関数発生器46により、三次予
混合燃料指令値を決定し、乗算器47と、図14のグラ
フのように燃料制御指令から拡散燃料比率を算出する関
数発生器48により四次予混合燃料指令値を決定する。
また、変化率制限器24を通さない信号から、加算器4
9と減算器50で予混合燃料指令値を減算することによ
り、拡散燃料指令値を決定する。IGV装置は、変化率
制限器24を通った信号により、予混合燃料指令値に従
属した変動率にて制御される。また、ガスタービンを緊
急停止させねばならない時に発せられる軸保護信号55
が入力された場合は、燃料制御指令は変化率制限器24
を素通りし、信号に制限がかからないことから、従来例
と同じ時間で予混合燃料指令を0にすることができ、従
来例と同じ時間でガスタービンを停止することができ
る。
FIG. 10 shows the gas turbine controller 4 of FIG.
Details of the circuit within 0 are shown. The same symbols in FIG. 10 and FIG.
Identical or equivalent parts are shown. The gas turbine control device 40 includes a bus frequency from the generator 5 in FIG. 7, a gas turbine rotation speed from the tachometer 8, and an exhaust gas temperature from the exhaust gas thermometer 10 inserted in the gas turbine exhaust gas. Information is taken in as information, and the required load is also added to the computing unit 2
At 2, the fuel control command 23 is introduced. This signal is 2
By branching in one direction and passing one through the change rate limiter 24, the change rate is limited in the same manner as in FIG. 3, and based on this, the multiplier 41 and the fuel control command are spread as shown in the graph of FIG. The function generator 42 for calculating the fuel ratio determines the primary premixed fuel command value, and the multiplier 43 and the function generator 44 for calculating the diffusion fuel ratio from the fuel control command as shown in the graph of FIG. The third premix fuel command value is determined by the multiplier 45 and the function generator 46 that calculates the diffusion fuel ratio from the fuel control command as shown in the graph of FIG. 47 and a function generator 48 for calculating the diffusion fuel ratio from the fuel control command as shown in the graph of FIG. 14 determines the quaternary premixed fuel command value.
In addition, from the signal not passing through the rate-of-change limiter 24, the adder 4
9 and the subtracter 50 subtract the premixed fuel command value to determine the diffusion fuel command value. The IGV device is controlled by a signal that has passed through the rate-of-change limiter 24 at a rate of change depending on the premix fuel command value. Also, the shaft protection signal 55 issued when the gas turbine must be stopped in an emergency
Is input, the fuel control command is the change rate limiter 24.
Since there is no restriction on the signal, the premix fuel command can be set to 0 at the same time as the conventional example, and the gas turbine can be stopped at the same time as the conventional example.

【0014】以上、本実施形態によれば、ガスタービン
・ガバナーフリー運用時の燃料流量変動は、図15のよ
うになり、予混合燃焼の失火の原因となるような急激な
予混合燃料指令の変動を排除し、IGV装置動作と予混
合燃料指令のタイミングのずれを排除することができ、
予混合燃焼の失火を防止できると共に、IFC装置を装
備しなくてもよいことにより、システムとして簡略化さ
れ、安価に構成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the fuel flow rate fluctuation during the gas turbine / governor-free operation is as shown in FIG. 15, and the rapid premixed fuel command that causes the misfire of the premixed combustion is generated. It is possible to eliminate fluctuations and eliminate the timing lag between the operation of the IGV device and the premix fuel command,
Since the misfire of the premixed combustion can be prevented and the IFC device does not have to be equipped, the system can be simplified and the cost can be reduced.

【0015】なお、図9、図11、図12、図13、図
14に示す例においては、予混合燃料指令を一次予混合
燃料指令値と二次予混合燃料指令値と三次予混合燃料指
令値と四次予混合燃料指令値の内一つ又は二つ又は三つ
又は四つに等分割しているが、関数発生器42、44、
46、48の入力式を任意に変更することにより、等分
割ではない状態でも前記例と同様に予混合燃焼の失火防
止を図りながら、ガスタービンを運転できる。また、本
実施形態は、一次、二次、三次、四次予混合燃料流量の
制御に限らず、四次予混合燃料流量以上の複数の予混合
燃料流量の制御に適用することができる。ことは云うま
でもない。
In the examples shown in FIGS. 9, 11, 12, 13, and 14, the premixed fuel command is the primary premixed fuel command value, the secondary premixed fuel command value, and the tertiary premixed fuel command. The value generator and the fourth-order premixed fuel command value are equally divided into one or two or three or four, but the function generators 42, 44,
By arbitrarily changing the input formulas of 46 and 48, the gas turbine can be operated while preventing misfire of premixed combustion in the same manner as in the above example even in a state where the gas is not equally divided. Further, the present embodiment can be applied not only to control of the primary, secondary, tertiary, and quaternary premixed fuel flow rates but also to control of a plurality of premixed fuel flow rates equal to or higher than the quaternary premixed fuel flow rate. Needless to say.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガスタービンのガバナーフリー運用時に、系統の周波数
変動が生じても、予混合燃焼の失火の原因となるような
急激な予混合燃焼用燃料の流量変動を排除し、また、I
FC装置の動作及びIGV装置の動作を予混合燃焼用燃
料の流量制御の動作に従属させることにより、IGV装
置動作とIFC装置動作と予混合燃料指令のタイミング
のずれを排除することができ、ガバナーフリー運転によ
り系統安定性に寄与し、予混合燃焼燃空比を可燃範囲に
保ち、予混合燃焼の失火を防止し、安定した予混合燃焼
火炎を形成することができる。また、燃焼器に予混合燃
焼用燃料を供給する複数の系統を備えることによって、
IFC装置の装備を省略することができ、システムとし
て簡略化され、安価に構成することができる。
As described above, according to the present invention,
During governor-free operation of the gas turbine, even if the frequency of the system fluctuates, abrupt fluctuations in the flow rate of the fuel for premixed combustion that would cause misfire of premixed combustion are eliminated.
By substituting the operation of the FC device and the operation of the IGV device with the operation of controlling the flow rate of the fuel for premixed combustion, it is possible to eliminate the timing difference between the operation of the IGV device, the operation of the IFC device, and the premixed fuel command. The free operation contributes to system stability, keeps the premixed combustion fuel-air ratio in the combustible range, prevents misfire of the premixed combustion, and can form a stable premixed combustion flame. Further, by providing a plurality of systems for supplying the fuel for premixed combustion to the combustor,
The equipment of the IFC device can be omitted, the system can be simplified, and the cost can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施形態を示すガスタービン設備の
構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas turbine facility showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態における燃焼装置の詳細図FIG. 2 is a detailed view of a combustion device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態におけるガスタービン制御
装置の詳細図
FIG. 3 is a detailed view of a gas turbine control device according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態における変化率制限器通過
前、後の燃料制御指令を説明する図
FIG. 4 is a diagram illustrating fuel control commands before and after passing through a rate-of-change limiter according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態における燃料制御指令値に
対する拡散燃料比率を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a diffusion fuel ratio with respect to a fuel control command value in one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態における燃料指令値を示す
FIG. 6 is a diagram showing a fuel command value according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施形態FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の他の実施形態における燃焼装置の詳細
FIG. 8 is a detailed view of a combustion device according to another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施形態におけるガスタービン負
荷に対する燃料指令値
FIG. 9 is a fuel command value for a gas turbine load according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の実施形態におけるガスタービン
制御装置の詳細図
FIG. 10 is a detailed view of a gas turbine control device according to another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の他の実施形態における燃料制御指令
値に対する一次予混合燃料指令値比率を示す図
FIG. 11 is a diagram showing a ratio of a primary premixed fuel command value to a fuel control command value in another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の他の実施形態における燃料制御指令
値に対する二次予混合燃料指令値比率を示す図
FIG. 12 is a diagram showing a secondary premixed fuel command value ratio with respect to a fuel control command value in another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の他の実施形態における燃料制御指令
値に対する三次予混合燃料指令値比率を示す図
FIG. 13 is a diagram showing a tertiary premixed fuel command value ratio with respect to a fuel control command value in another embodiment of the present invention.

【図14】本発明の他の実施形態における燃料制御指令
値に対する四次予混合燃料指令値比率を示す図
FIG. 14 is a diagram showing a fourth-order premixed fuel command value ratio with respect to a fuel control command value in another embodiment of the present invention.

【図15】本発明の他の実施形態における燃料流量を示
す図
FIG. 15 is a diagram showing a fuel flow rate according to another embodiment of the present invention.

【図16】ガスタービン負荷に対する燃料指令値を説明
する図
FIG. 16 is a diagram illustrating a fuel command value with respect to a gas turbine load.

【図17】従来の燃料制御指令と拡散、予混合燃焼燃料
指令値を説明する図
FIG. 17 is a diagram for explaining a conventional fuel control command and a diffusion / premixed combustion fuel command value.

【図18】燃料制御指令の制限と拡散、予混合燃焼用燃
料流量を説明する図
FIG. 18 is a diagram for explaining the limitation of fuel control command, diffusion, and fuel flow rate for premix combustion.

【図19】燃料制御指令の制限と拡散、予混合燃焼用燃
料流量を説明する図
FIG. 19 is a diagram for explaining fuel control command limits, diffusion, and fuel flow rate for premix combustion.

【図20】予混合燃料指令に対する応答の遅れによるタ
イミングのズレを説明する図
FIG. 20 is a diagram for explaining a timing shift due to a delay in response to a premix fuel command.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧縮機 2 タービン 3 ガスタービン 5 発電機 6 IGV装置 7、30 燃焼装置 8 回転速度計 9、40 ガスタービン制御装置 10 排気ガス温度計 11、31 燃焼器 12 IFC装置 16、36、37、38、39 予混合燃焼用燃料流量
制御弁 17 拡散燃焼用燃料流量制御弁 22 演算器 23 燃料制御指令 24 変化率制限器 25、41、43、45、47 乗算器 26、28、50 減算器 27、42、44、46、48 関数発生器 29、49 加算器
1 Compressor 2 Turbine 3 Gas Turbine 5 Generator 6 IGV Device 7, 30 Combustion Device 8 Tachometer 9, 40 Gas Turbine Control Device 10 Exhaust Gas Thermometer 11, 31 Combustor 12 IFC Device 16, 36, 37, 38 , 39 Premixed combustion fuel flow rate control valve 17 Diffusion combustion fuel flow rate control valve 22 Calculator 23 Fuel control command 24 Change rate limiter 25, 41, 43, 45, 47 Multiplier 26, 28, 50 Subtractor 27, 42, 44, 46, 48 Function generator 29, 49 Adder

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 拡散燃焼及び予混合燃焼を有する燃焼器
と、燃料を前記拡散燃焼に供給する拡散燃焼用燃料流量
制御弁と、燃料を前記予混合燃焼に供給する予混合燃焼
用燃料流量制御弁と、ガスタービン圧縮機の吸込空気流
量を調節するIGV装置と、前記各制御弁及び前記IG
V装置を制御する制御装置と、系統の周波数変動を検出
する手段を備え、前記周波数変動と予め設定した要求負
荷により導かれる燃料制御指令に基づいて前記拡散燃焼
用燃料流量制御弁の流量を変動させると共に、前記予混
合燃焼用燃料流量制御弁の流量を前記燃料制御指令とは
独立に変動させ、急激な変動を排除することを特徴とす
るガスタービン設備。
1. A combustor having diffusion combustion and premixed combustion, a fuel flow control valve for diffusion combustion that supplies fuel to the diffusion combustion, and a fuel flow control for premixed combustion that supplies fuel to the premixed combustion. Valve, an IGV device for adjusting the intake air flow rate of the gas turbine compressor, the control valves, and the IG
A control device for controlling the V device and a means for detecting a frequency fluctuation of the system are provided, and the flow rate of the diffusion combustion fuel flow rate control valve is fluctuated based on the frequency fluctuation and a fuel control command derived by a preset required load. In addition, the gas turbine equipment is characterized in that the flow rate of the fuel flow control valve for premixed combustion is changed independently of the fuel control command to eliminate a sudden change.
【請求項2】 請求項1において、予混合燃焼燃空比を
可燃範囲に保つために予混合燃焼用の空気流量を調節す
るIFC装置を備え、このIFC装置を前記燃料制御指
令とは独立に動作させ、予混合燃焼用燃料流量制御弁の
動作に従属させることを特徴とするガスタービン設備。
2. The IFC device according to claim 1, wherein the IFC device adjusts an air flow rate for premixed combustion in order to maintain the premixed combustion fuel-air ratio in a combustible range, and the IFC device is provided independently of the fuel control command. A gas turbine facility characterized in that it is operated and is subordinate to the operation of a fuel flow control valve for premixed combustion.
【請求項3】 拡散燃焼及び複数の予混合燃焼を有する
燃焼器と、燃料を前記拡散燃焼に供給する拡散燃焼用燃
料流量制御弁と、燃料を前記複数の予混合燃焼に供給す
る複数の予混合燃焼用燃料流量制御弁と、ガスタービン
圧縮機の吸込空気流量を調節するIGV装置と、前記各
制御弁及び前記IGV装置を制御する制御装置と、系統
の周波数変動を検出する手段を備え、前記周波数変動と
予め設定した要求負荷により導かれる燃料制御指令に基
づいて前記拡散燃焼用燃料流量制御弁の流量を変動させ
ると共に、前記複数の予混合燃焼用燃料流量制御弁の流
量を前記燃料制御指令とは独立に変動させ、急激な変動
を排除することを特徴とするガスタービン設備。
3. A combustor having diffusive combustion and a plurality of premixed combustions, a fuel flow control valve for diffusive combustion for supplying fuel to the diffusive combustion, and a plurality of premixers for supplying fuel to the plurality of premixed combustions. A mixed combustion fuel flow rate control valve, an IGV device for adjusting the intake air flow rate of the gas turbine compressor, a control device for controlling the control valves and the IGV device, and means for detecting frequency fluctuations in the system, The fuel flow rate of the diffusion combustion fuel flow rate control valve is varied based on a fuel control command derived from the frequency variation and a preset required load, and the flow rates of the plurality of premixed combustion fuel flow rate control valves are controlled by the fuel control. A gas turbine facility characterized by changing independently of the command and eliminating sudden changes.
【請求項4】 請求項1または請求項3において、前記
IGV装置を前記燃料制御指令とは独立に動作させ、予
混合燃焼用燃料流量制御弁の動作に従属させることを特
徴とするガスタービン設備。
4. The gas turbine equipment according to claim 1 or 3, wherein the IGV device is operated independently of the fuel control command and is subordinate to the operation of a fuel flow control valve for premixed combustion. .
【請求項5】 請求項1、請求項2または請求項4にお
いて、制御装置は、燃料制御指令の変化率を制限する変
化率制限器と、前記変化率制限器の前後の燃料制御指令
の差を求める減算器と、前記燃料制御指令に対する拡散
燃料比率を発生する関数発生器と、前記変化率制限器と
前記関数発生器の両出力を乗算する乗算器と、前記減算
器と前記乗算器の両出力を加算して拡散燃料指令値を出
力する加算器と、前記変化率制限器の出力から前記乗算
器の出力を減算して予混合燃料指令値を出力する減算器
からなることを特徴とするガスタービン設備。
5. The control device according to claim 1, wherein the difference between the change rate limiter for limiting the change rate of the fuel control command and the fuel control command before and after the change rate limiter. , A function generator that generates a diffusion fuel ratio for the fuel control command, a multiplier that multiplies both outputs of the change rate limiter and the function generator, and a subtractor and a multiplier And a subtractor for subtracting the output of the multiplier from the output of the rate-of-change limiter to output a premixed fuel command value. Gas turbine equipment to do.
【請求項6】 請求項3または請求項4において、制御
装置は、燃料制御指令の変化率を制限する変化率制限器
と、前記燃料制御指令に対する拡散燃料比率を発生する
複数の関数発生器と、前記変化率制限器の出力と前記複
数の関数発生器のそれぞれの出力を乗算してそれぞれ複
数の予混合燃料指令値を出力する複数の乗算器と、前記
複数の乗算器の出力を加算する加算器と、前記燃料制御
指令と前記加算器の出力の差を求めて拡散燃料指令値を
出力する減算器からなることを特徴とするガスタービン
設備。
6. The control device according to claim 3, wherein the control device includes a change rate limiter that limits a change rate of the fuel control command, and a plurality of function generators that generate a diffusion fuel ratio with respect to the fuel control command. , Multiplying the outputs of the rate-of-change limiter and the outputs of the function generators to output a plurality of premixed fuel command values, and adding the outputs of the plurality of multipliers A gas turbine facility comprising: an adder and a subtractor that obtains a difference between the fuel control command and the output of the adder and outputs a diffusion fuel command value.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009174847A (en) * 2008-01-22 2009-08-06 General Electric Co <Ge> Lean burn blowout prevention by nozzle equivalence ratio control
JP2012067764A (en) * 2012-01-10 2012-04-05 Hitachi Ltd Two-shaft gas turbine
KR20160063914A (en) 2014-11-27 2016-06-07 한화테크윈 주식회사 Control system for compressor

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