JPH10159585A

JPH10159585A - ガスタービン燃料供給方法およびその装置

Info

Publication number: JPH10159585A
Application number: JP31608996A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamanaka; 中哲哉山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の燃料供給系統を、燃料ノズルの前後圧
力比を燃焼振動を発生させない範囲で制御でき、かつ燃
料制御弁の前後圧力比をチョーク状態に保ちながら制御
できるようにする。【解決手段】燃料供給管８の燃料止め弁１１下流側を
分岐し、第１燃料制御弁２１、第２燃料制御弁２２およ
び第３燃料弁２３を設ける。第１燃料制御弁２１および
第２燃料制御弁２２に、第１拡散燃料供給管２５および
第２拡散燃料供給管２６を接続し、第１段拡散燃料ノズ
ル１６および第２段拡散燃料ノズル１７に燃料を供給す
る。第２拡散燃料供給管２６に、第２燃料制御弁２２下
流の圧力を検出する圧力検出器３０を設ける。第１拡散
燃料供給管２５に、第１段拡散燃料ノズル１６上流の圧
力を検出する圧力検出器３１を設ける。両圧力検出器３
０，３１からの検出信号に基づき、拡散燃料分配品を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多段燃焼法を用い
た燃焼器を備えて発電プラント等に適用されるガスター
ビンにおいて、排ガス中のＮＯｘ（窒素炭化物）を低減
させるようにガスタービン燃焼器への燃料流量制御を行
なうガスタービン燃料供給方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスタービンやコンバインドサ
イクル発電プラントには、ガスタービン燃焼器が複数台
組込まれており、これら各ガスタービン燃焼器にて燃焼
せしめられた燃焼ガスによりガスタービンが駆動される
ようになっている。そして、この種のガスタービンプラ
ントでは、タービン入口温度を上昇させることによりタ
ービン熱効率を向上させることができることが知られて
おり、タービン熱効率を向上させるために、タービン入
口温度、すなわちタービン燃焼器等の出口温度の上昇が
図られている。

【０００３】燃焼ガス温度は、ガスタービンや燃焼器材
料の耐熱限界によって種々の制約を受け、またガスター
ビン燃焼器におけるＮＯｘ対策上からも燃焼ガス温度は
制約を受けることになる。ガスタービン燃焼器のＮＯｘ
発生の主な原因は、ガスタービン燃焼器内における燃焼
ガスの局所的な高温化があげられ、ＮＯｘ発生量はガス
タービン燃焼器の燃焼域の燃焼ガス温度に依存する。Ｎ
Ｏｘは、ガスタービン燃焼器内部で燃料と空気とが拡散
混合して燃焼する中で、燃料と空気とが当量比１に近い
状態で断熱火炎温度に近い高温で拡散燃焼する場合に多
量に発生する。

【０００４】ガスタービン燃焼器において、ＮＯｘ発生
を抑える方法としては、燃料と空気とを予め燃料希薄状
態で混合して燃焼させる予混合希薄燃焼方式がある。こ
の予混合希薄燃焼方式を採用したガスタービン燃焼器
は、例えば実公平４−４３７２６号公報に開示されたも
のがある。このガスタービン燃焼器は、図６に示すよう
に、メイン燃料の予混合化に加えてパイロット燃料も一
部予混合化することにより、ＮＯｘ発生量の多い拡散燃
焼を減少させ、大幅な低ＮＯｘ化を図ったものである。

【０００５】すなわち、図６に示す従来のガスタービン
燃焼器は、燃焼器ライナ１内が第１段燃焼域２と第２段
燃焼域３とに分けられており、燃焼器ライナ１の頭部に
は、パイロット燃料ノズル４が設けられ、このパイロッ
ト燃料ノズル４から第１段燃焼域２にパイロット燃料が
供給されるようになっている。パイロット燃料は、パイ
ロット燃料ノズル４でパイロット拡散燃料とパイロット
予混合燃料とに分けられるようになっており、パイロッ
ト拡散燃料は、スワラ７によって拡散され第１段燃焼域
２に供給されて燃焼せしめられる一方、パイロット予混
合燃料は、空気通路部内で空気と均一に混合された後、
スワラ７から第１段燃焼域２内に噴射され燃焼に供され
るようになっている。

【０００６】また、燃焼器ライナ１の周りには、メイン
燃料ノズル５から噴射されるメイン燃料を空気と予混合
する予混合ダクト６が設けられており、この予混合ダク
ト６で予混合されたメイン燃料は、第２段燃焼域３に噴
射され燃焼されるようになっている。ところで、パイロ
ット拡散燃料とパイロット予混合燃料との燃料配分は、
各燃料噴射口の面積により一義的に決定されるが、低Ｎ
Ｏｘ化を図るため、スワラ７および空気通路部の通路面
積は、パイロット予混合燃料の燃空比（燃料の重量流量
／空気の重量流量）を充分に低くするよう比較的大きく
定められている。

【０００７】図７は、このような２段燃焼方式を適用し
たガスタービン燃焼器における従来のガスタービン燃料
供給装置を示すもので、この装置においては、図示しな
いガス燃料供給源から導かれた１本の燃料供給管８が二
叉に分岐され、分岐管の一方は、パイロット燃料供給管
９として燃焼器のパイロット系統に接続されているとと
もに、分岐管の他方は、メイン燃料供給管１０として燃
焼器のメイン系統に接続されている。

【０００８】また、前記燃料供給管８の分岐点よりも上
流側の位置には、上流側から燃料止め弁１１および燃料
制御弁１２が順次設けられており、燃料止め弁１１は、
回転数に応じた圧力制御を行なうとともに、燃料制御弁
１２は、トータルガス燃料供給料を制御するようになっ
ている。

【０００９】一方、前記パイロット燃料供給管９および
メイン燃料供給管１０には、供給燃料の分配比率を設定
するパイロット燃料分配弁１３およびメイン燃料分配弁
１４がそれぞれ設けられており、ガスタービン制御装置
１５は、ガスタービンの速度負荷制御のための燃料制御
弁１２の弁位置制御および低ＮＯｘ運転のためのパイロ
ット燃料分配弁１３とメイン燃料分配弁１４との弁位置
制御を行なうようになっている。

【００１０】図６のガスタービン燃焼器においては、メ
イン燃料に加えてパイロット燃料の一部を予混合希薄さ
せているため、パイロット拡散燃料の割合を少くして大
幅な低ＮＯｘかを図ることができる。しかしながら、こ
の拡散燃料の割合は、パイロット燃料の流量により一義
的に定めるため、全燃料流量に対し２０％程度までしか
絞ることができず、それ以上少なくすることが困難で低
ＮＯｘ化にも限界がある。

【００１１】近年のガスタービンにおいては、ガスター
ビンの熱効率のより一層の効率化を図るため、ガスター
ビン燃焼器での燃焼ガス温度の高温化が模索されてお
り、この燃焼ガス温度の高温化に伴なって低ＮＯｘ化へ
の要求がより一層高まりつつある。低ＮＯｘ化の目標値
を達成するためには、ＮＯｘ発生量の多い拡散燃焼を全
燃焼量に対し数％程度に抑え、残りのすべてをＮＯｘが
ほとんど生じない予混合希薄燃焼させる低ＮＯｘのガス
タービン燃焼器の開発が要求されている。

【００１２】このような要求に応じ開発されたガスター
ビン燃焼器を図８に示す。このガスタービン燃焼器は、
第１段燃料供給手段により燃焼器ライナ１内の第１段燃
焼域２に燃料を噴射させる一方、第２段燃料供給手段に
より燃料希薄状態で第２段燃焼域３に燃料を噴射させて
燃焼器ライナ１内で燃焼させるようになっている。第１
段燃料は、第１段拡散燃料ノズル１６、第２段拡散燃料
ノズル１７、予混合燃料ノズル１８で構成されるパイロ
ットノズル１９から供給されるようになっている。この
うち第１段拡散燃料ノズル１６からは、拡散燃焼割合の
高い低負荷域で必要な流量を流すことができるようにな
っており、また第２拡散燃料ノズル１７は、ガスタービ
ン高負荷域におけるＮＯｘ運転時に全燃料流量に対し数
％程度の拡散燃焼用燃料を流すのに適している。

【００１３】一方、第２段燃料は、燃焼器ライナ１の周
りに配置されるメイン燃料ノズル２０から供給されるよ
うになっており、メイン燃料ノズル２０から供給された
燃料は、予混合ダクト６内で空気と予混合された後、第
２段燃焼域３に噴射されて予混合燃焼を行なうようにな
っている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の低ＮＯｘ燃
焼器における燃料分配割合は、図９に示すようになって
いる。ここで、低負荷では燃焼温度が低いため、保炎性
をよくするために拡散燃料割合が高い必要がある。また
高負荷では、低ＮＯｘを実現するために予混合燃料割合
を高くし、拡散燃料割合は数％程度に抑える必要があ
る。なお拡散燃料は、第１拡散燃料流量と第２拡散燃料
流量との合計を表わし、第１拡散燃料と第２拡散燃料と
の割合は、以下に示す条件に応じて決定されなければな
らない。

【００１５】すなわち、第１拡散燃料ノズル１６は、拡
散燃焼割合の高い低負荷域で必要な流量を流すことがで
きるよう口径の大きいものを使用しているが、数％程度
の拡散燃焼となる高負荷で使用すると、ノズルの前後圧
力比が低くなるため、流れが不安定になって燃焼振動が
発生し易くなる。したがって、燃料流量の減少する高負
荷域においては、第１拡散燃料系統の燃料流量は０とす
る必要がある。

【００１６】また第２拡散燃料ノズル１７は、ガスター
ビン高負荷域における低ＮＯｘ運転時に、全燃料流量に
対し数％程度の拡散燃焼用燃料を流すのに適するように
口径の小さいものを使用しているが、このノズルから拡
散燃焼割合の高い低負荷域で必要な流量を流そうとする
と、高いノズル前圧が必要になる。ノズルの上流にある
燃料制御弁は、弁開度と流量との関係に線形性を持たせ
るためチョーク状態で使用する場合が多いが、弁後圧が
高くなるとチョーク状態から外れてしまうため、適正な
燃料制御ができなくなる。また、燃料制御弁をチョーク
状態で使用しない場合でも、ノズル前圧の上昇は燃料供
給圧の上昇につながり、燃料供給装置の大型化、コスト
増大の原因となる。したがって、第２拡散燃料系統のみ
では、低負荷域における拡散燃料を流すことができず、
第１拡散燃料からも燃料を流す必要がある。

【００１７】以上の条件より、図１０に示すように第１
拡散燃料系統と第２拡散燃料系統との燃料分配比を変更
する操作が必要となり、このとき切換わる負荷は、大気
温度等の運転状態により異なる。

【００１８】ところが、前記従来の燃料供給装置におい
ては、第１段燃料供給手段が１系統、第２段燃料供給手
段が１系統の合計２系統に燃料を供給するものであり、
第１段燃料供給手段が２系統の場合に、前記ノズル圧力
比および燃料制御弁圧力が適切な範囲内にあるように燃
料制御弁を制御できる新しい燃料供給装置を提供する必
要がある。また、適切な切換条件を検出する方法も同時
に提供する必要がある。したがって、本発明の目的は、
複数の拡散燃料供給系統を、燃料供給ノズルの前後圧力
比を燃焼振動を発生させない範囲で制御することができ
るとともに、燃料制御弁の前後圧力比をチョーク状態に
保ちながら制御することができ、また燃料供給圧力を低
く抑えることが可能なガスタービン燃料供給方法および
その装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、同一燃焼域に燃料を供給する複数の燃料ノズ
ルと、燃料制御弁を有して前記各燃料ノズルに燃料をそ
れぞれ供給する複数の拡散燃料供給管と、これらの拡散
燃料供給管に燃料を分配供給する燃料供給管とを備えた
ガスタービン燃焼器のガスタービン燃料供給方法におい
て、燃料ノズル圧力比と燃料制御弁圧力比とを適正に保
ちながら、前記各燃料制御弁を制御して燃料分配比を変
化させるようにしたことを特徴とする。そしてこれによ
り、複数の拡散燃料供給系統を、燃料ノズルの前後圧力
比を燃焼振動を発生させない範囲で制御することが可能
となるとともに、燃料制御弁の前後圧力比をチョーク状
態に保ちながら制御することが可能となり、また燃料供
給圧力を低く抑えることが可能となる。

【００２０】本発明はまた、燃料制御弁下流の圧力およ
び燃料ノズル上流の圧力をそれぞれ検出し、これら各検
出信号に基づき各燃料制御弁を制御するようにしたこと
を特徴とする。そしてこれにより、問題の発生する可能
性のある箇所の圧力を直接計測することにより、最適な
制御を行なうことが可能となる。

【００２１】本発明はまた、燃料流量、燃料圧力、燃料
制御弁開度および空気圧縮機の吐出圧力をそれぞれ検出
し、これら各検出信号に基づき各燃料制御弁を制御する
ようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、燃料
ノズル圧力比および燃料制御弁の圧力を計算によって求
めることにより、最適な制御を行なうことが可能とな
る。

【００２２】本発明はまた、大気温度によるバイアルを
考慮したガスタービン出力を検出し、この検出信号に基
づき各燃料制御弁を制御するようにしたことを特徴とす
る。そしてこれにより、大気温度によるバイアスを考慮
したガスタービン出力により、最適な制御を行なうこと
が可能となる。

【００２３】本発明はまた、同一燃料域に燃料を供給す
る複数の燃料ノズルと、燃料制御弁を有して前記各燃料
ノズルに燃料をそれぞれ供給する複数の拡散燃料供給管
と、これらの拡散燃料供給管に燃料を分配供給する燃料
供給管とを備えたガスタービン燃料器のガスタービン燃
料供給装置において、燃料ノズル圧力比と燃料制御弁圧
力比とを適正に保ちながら前記各燃料制御弁を制御して
燃料分配比を変化させる制御装置を設けるようにしたこ
とを特徴とする。そしてこれにより、複数の拡散燃料供
給系統を、燃料ノズルの前後圧力比を燃焼振動を発生さ
せない範囲で制御することが可能となるとともに、燃料
制御弁の前後圧力比をチョーク状態に保ちながら制御す
ることが可能となり、また燃料供給圧力を低く抑えるこ
とが可能となる。

【００２４】本発明はまた、制御装置を、燃料ノズル上
流の圧力を検出する圧力検出器からの出力信号および燃
料器内圧力信号の入力により燃料ノズル圧力比を演算す
る演算器と、この演算器からの出力信号、燃料制御弁下
流の圧力を検出する圧力検出器からの出力信号および負
荷信号の入力により各燃料制御弁の拡散燃料分配比を演
算する関数発生器と、この関数発生器からの出力信号お
よび拡散燃料割合信号の入力により各燃料制御弁の弁開
度を演算する弁開度演算器とから構成し、各燃料制御弁
を、前記弁開度演算器からの出力信号により制御するよ
うにしたことを特徴とする。そしてこれにより、問題の
発生する可能性のある箇所の圧力を直接計測すること
で、最適な制御を行なうことが可能となる。

【００２５】本発明はまた、制御装置を、流量検出器か
らの燃料流量信号、圧力検出器からの燃料圧力信号、空
気圧縮機の吐出圧力信号および燃料制御弁の弁開度信号
の入力により燃料制御弁の下流圧力および燃料ノズルの
圧力比をそれぞれ演算する演算器と、この演算器からの
出力信号および負荷信号の入力により各燃料制御弁の拡
散燃料分散比を演算する関数発生器と、この関数発生器
からの出力信号および拡散燃料割合信号の入力により各
燃料制御弁の弁開度を演算する弁開度演算器とから構成
し、各燃料制御弁を、前記弁開度演算器からの出力信号
により制御するようにしたことを特徴とする。そしてこ
れにより、低ＮＯｘ燃焼器を使用しない場合でも取付け
る流量検出器および圧力検出器以外に、拡散燃料分配用
として新たな検出器を要することなく、最適な制御をこ
なうことが可能となる。

【００２６】本発明はさらに、制御装置を、大気温度信
号の入力により負荷のバイアス量を演算するバイアス関
数発生器と、このバイアス関数発生器からの出力信号お
よび負荷信号の入力により各燃料制御弁の拡散燃料分散
比を演算する関数発生器と、この関数発生器からの出力
信号および拡散燃料割合信号の入力により各燃料制御弁
の弁開度を演算する弁開度演算器とから構成し、各燃料
制御弁を、前記弁開度演算器からの出力信号により制御
するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、
拡散燃料分配専用の検出器等を必要とせず、また簡単な
アルゴリズムで拡散燃料分配制御を行なうことが可能と
なる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るガス
タービン燃料供給装置を示すもので、図中、符号８は、
図示しないガス燃料供給源から導かれた１本の燃料供給
管であり、この燃料供給管８は、燃料止め弁１１の下流
側で分岐して、第１燃料制御弁２１、第２燃料制御弁２
２および第３燃料制御弁２３にそれぞれ接続されてい
る。そして、第３燃料制御弁２３の下流側はさらに分岐
して、燃料分配弁２４に接続されている。

【００２８】前記第１燃料制御弁２１の下流側には、図
１に示すように、第１拡散燃料供給管２５が接続されて
いるとともに、前記第２燃料制御弁２２の下流側には、
第２拡散燃料供給管２６が接続されており、また前記燃
料分配弁２４の下流側にはパイロット予混合燃料供給管
２７およびメイン燃料供給管２８がそれぞれ接続されて
いる。

【００２９】また、前記第２拡散燃料供給管２６には、
図１に示すように、第２燃料制御弁２２下流の圧力を検
出する圧力検出器３０が設けられており、また前記第１
拡散燃料供給管２５には、第１段拡散燃料ノズル１６上
流の圧力を検出する圧力検出器３１が設けられている。
そして、これら各圧力検出器３０，３１からの検出信号
は、制御装置２９に入力されるようになっており、制御
装置２９は、入力されたこれら検出信号に基づき、第１
燃料制御弁２１、第２燃料制御弁２２、第３燃料制御弁
２３および燃料分配弁２４を制御するようになってい
る。

【００３０】この制御装置２９は、図２に示すように、
第１段拡散燃料ノズル１６の圧力化を演算する演算器３
２と、拡散燃料分配比を出力する関数発生器３３と、各
燃料制御弁２１，２２の弁位置制御信号を演算する演算
器３４とから構成されており、各燃料制御弁２１，２２
は、演算器３４から出力される燃料弁開度ｒａ，ｒｂに
より制御されるようになっている。なお、図１のガスタ
ービン燃焼器は、図８に示す従来の低ＮＯｘ燃焼器と同
一構成となっている。

【００３１】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。図２の制御装置２９において、演算器３２には、圧
力検出器３１から第１段拡散燃料ノズル１６上流の圧力
Ｐ₂が入力されるとともに、空気圧縮機の吐出圧力から
燃焼器圧力損失を引いて得られる燃焼器内圧力Ｐ₃が入
力される。そして演算器３２では、入力されたこれら両
圧力Ｐ₂，Ｐ₃に基づき、燃料ノズル圧力比Ｐｒが計算
され、この燃料ノズル圧力比Ｐｒは、関数発生器３３に
入力される。

【００３２】この関数発生器３３にはまた、圧力検出器
３０から第２燃料制御弁２２下流の圧力Ｐ₁および負荷
Ｌが入力される。燃料分配が図１０に従う場合、低負荷
域から負荷Ｌが増加している場合は、第１段拡散燃料流
量が減少するため、燃料ノズル圧力比Ｐｒが低下する。
そのとき関数発生器３３は、燃料振動が発生しないよう
に設定した関数に従い、燃料ノズル圧力比Ｐｒが応じて
拡散燃料分配比ａ，ｂを出力し、この拡散燃料分配比
ａ，ｂは演算器３４に入力される。この演算器３４は、
図１０に示す拡散燃料割合ｎを入力信号とし、この拡散
燃料割合ｎと、弁の大きさに基づく定数Ｋａ，Ｋｂと、
拡散燃料分配比ａ，ｂとを乗算し、燃料弁開度ｒａ，ｒ
ｂを演算する。

【００３３】一方、高負荷域から負荷Ｌが減少している
場合は、第２燃料制御弁２２下流の圧力Ｐ₁が上昇す
る。このとき関数発生器３３は、第２燃料制御弁２２が
チョーク状態に保つように設定された関数に従い、圧力
Ｐ₁に応じた拡散燃料分配比ａ，ｂを出力する。演算器
３４は、この拡散燃料分配比ａ，ｂと、拡散燃料割合ｎ
と、弁の大きさに基づく定数Ｋａ，Ｋｂとに基づき、燃
料弁開度ｒａ，ｒｂを演算する。

【００３４】このようにして演算された各燃料弁開度ｒ
ａ，ｒｂは、図２に示すように各燃料制御弁２１，２２
に与えられ、各燃料制御弁２１，２２は、この燃料弁開
度ｒａ，ｒｂに基づき開度制御される。図３は、前記制
御装置２９を用いて制御した際の負荷Ｌに対する第２燃
料制御弁２２下流の圧力Ｐ₁および第１段拡散燃料ノズ
ル１６の圧力比を示すものである。燃料制御弁上流は、
回転数による圧力制御が行なわれているので、第２燃料
制御弁２２下流の圧力Ｐ₁は圧力比に比例する。図３に
示すように、第２燃料制御弁２２は常にチョーク状態を
保ち、また第１段拡散燃料ノズル１６は、第１段拡散燃
料流量を０に絞る際の短い時間を除き、燃焼振動を起こ
さない領域で制御される。

【００３５】しかして、問題の発生する可能性のある箇
所の圧力を直接計測するようにしているので、最適な制
御を行なうことができる。なお、前記実施の形態におい
ては、拡散燃料系統が２系統の場合について説明した
が、拡散燃料系統が３系統以上となった場合でも、各系
統の燃料制御弁下流の圧力および拡散燃料ノズル上流の
圧力を検出することにより、同様の制御で適正なノズル
圧力比および燃料制御弁圧力を保持することができる。

【００３６】また、第１段拡散燃料ノズル１６の圧力比
が低くなる領域と、第２燃料制御弁２２の圧力比が低く
なる領域が離れている場合、すなわちシビアな制御を必
要としない場合、圧力検出器３１を設置しないで圧力検
出器３０で検出した第２燃料制御弁２２下流の圧力Ｐ₁
のみで制御することも可能である。このとき関数発生器
３３は、負荷Ｌの上昇時も負荷Ｌの降下時も、第２燃料
制御弁２２下流の圧力Ｐ₁に基づき分配関数を決定する
ことになる。

【００３７】図４は、本発明の第２の実施の形態を示す
もので、前記第１の実施の形態における制御装置２９に
代え、制御装置３９を用いるようにしたものである。す
なわち、この制御装置３９は、図４に示すように、関数
発生器３３と、演算器３４と、演算器４０とから構成さ
れており、演算器４０には、全燃料流量を検出する流量
検出器４１からの検出信号、および燃料止め弁１１下流
の圧力を検出する圧力検出器４２からの検出信号が入力
されるようになっている。

【００３８】この演算器４０にはまた、図４に示すよう
に、空気圧縮機の吐出圧力、各燃料制御弁２１，２２，
２３の弁開度、および燃料分配弁２４のと弁開度がそれ
ぞれ入力されるようになっており、演算器４０は、これ
らの入力条件に基づき流量バランス計算を行ない、第２
燃料制御弁２２下流の圧力Ｐ₁および第１段拡散燃料ノ
ズル１６の圧力比Ｐｒを演算するようになっている。そ
して、演算された圧力Ｐ₁および圧力比Ｐｒは、負荷Ｌ
とともに関数発生器３３に入力され、前記第１の実施の
形態と同様に両燃料制御弁２１，２２が制御されるよう
になっている。

【００３９】しかして、本実施の形態の場合、流量バラ
ンス計算の可能な高速の演算器４０を必要とするが、低
ＮＯｘ燃料器を使用しない場合でも取付ける流量検出器
４１および圧力検出器４２以外は、拡散燃料分配用とし
て新たに検出器を設ける必要がない。図５は、本発明の
第３の実施の形態を示すもので、前記第１の実施の形態
における制御装置２９に代え、制御装置４９を用いるよ
うにしたものである。すなわち、この制御装置４９は、
図５に示すように、演算器３４および２個の関数発生器
５０，５１により構成されており、関数発生器５０は、
大気温度Ｔを入力として負荷Ｌのバイアス量Ｌｃを出力
し、また関数発生器５１は、負荷Ｌとバイアス量Ｌｃと
の減算により拡散燃料分配比ａ，ｂを出力するようにな
っている。そして以後は、前記第１の実施の形態と同様
に両燃料制御弁２１，２２が制御されるようになってい
る。

【００４０】しかして、第１段拡散燃料ノズル１６の圧
力比が燃料振動が懸念される程低くなる負荷、または第
２燃料制御弁２２がチョーク状態を保てなくなる負荷
は、大気条件等の運転状態により異なるが、最も大きな
影響を与えるのは大気温度である。したがって、ある基
準大気温度における拡散燃料分配関数を負荷に対して設
定し、大気温度によるバイアス関数と組合わせることに
より、拡散燃料分配比を制御することができる。そし
て、本実施の形態においては、このような方法により両
燃料制御弁２１，２２を制御するようにしているので、
拡散燃料分配用として特別な検出器等を設けることな
く、また簡単なアルゴリズムで拡散燃料分配制御を行な
うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、燃料ノズ
ル圧力比と燃料制御弁圧力比とを適正に保ちながら、各
燃料制御弁を制御して燃料分配比を変化させるようにし
ているので、複数の拡散燃料供給系統を、燃料ノズルの
前後圧力比を燃焼振動を発生させない範囲で制御するこ
とができるとともに、燃料制御弁の前後圧力比をチョー
ク状態に保ちながら制御することができ、また燃料供給
圧力を低く抑えることができる。

【００４２】本発明はまた、燃料制御弁下流の圧力およ
び燃料ノズル上流の圧力をそれぞれ検出し、これら各検
出信号に基づき各燃料制御弁を制御するようにしている
ので、問題の発生する可能性のある箇所の圧力を直接計
測することにより、最適な制御を行なうことができる。
本発明はまた、燃料流量、燃料圧力、燃料制御弁開度お
よび空気圧縮機の吐出圧力をそれぞれ検出し、これら各
検出信号に基づき各燃料制御弁を制御するようにしてい
るので、燃料ノズル圧力比および燃料制御弁の圧力を計
算によって求めることにより、最適な制御を行なうこと
ができる。

【００４３】本発明はまた、大気温度によるバイアスを
考慮したガスタービン出力を検出し、この検出信号に基
づき各燃料制御弁を制御するようにしているので、大気
温度によるバイアスを考慮したガスタービン出力により
最適な制御を行なうことができる。

【００４４】本発明はまた、燃料ノズル圧力比と燃料制
御弁圧力比とを適正に保ちながら各燃料制御弁を制御し
て燃料分配比を変化させる制御装置を設けるようにして
いるので、複数の拡散燃料供給系統を、燃料ノズルの前
後圧力比を燃焼振動を発生させない範囲で制御すること
ができるとともに、燃料制御弁の前後圧力比をチョーク
状態に保ちながら制御することができ、また燃料供給圧
力を低く抑えることができる。

【００４５】本発明はまた、制御装置を、演算器と関数
発生器と弁開度演算器とから構成し、各燃料制御弁を、
弁開度演算器からの出力信号により制御するようにして
いるので、問題の発生する可能性のある箇所の圧力を直
接計測することで、最適な制御を行なうことができる。

【００４６】本発明はまた、制御装置を、燃料制御弁の
下流圧力および燃料ノズルの圧力比をそれぞれ演算する
演算器と、関数発生器と、弁開度演算器とから構成し、
各燃料制御弁を、弁開度演算器からの出力信号により制
御するようにしているので、高速処理の演算器が必要と
なるが、低ＮＯｘ燃焼器を使用しない場合でも取付ける
流量検出器および圧力検出器以外に、拡散燃料分配用の
新たな検出器を設けることなく、最適な制御を行なうこ
とができる。

【００４７】本発明はさらに、制御装置を、バイアス関
数発生器と関数発生器と弁開度演算器とから構成し、各
燃料制御弁を、弁開度演算器からの出力信号により制御
するようにしているので、拡散燃料分配専用の検出器等
を必要とせず、また簡単なアルゴリズムで拡散燃料分配
制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るガスタービン
燃料供給装置を示す系統図である。

【図２】図１の制御装置の詳細を示す要素構成図であ
る。

【図３】図１の装置の負荷に対する第１段拡散燃料ノズ
ル圧力比および第２燃料制御弁下流の圧力の変化をそれ
ぞれ示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図２相当図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図２相当図で
ある。

【図６】予混合希薄燃料方式を採用した従来のガスター
ビン燃焼器を示す概略構成図である。

【図７】従来のガスタービン燃焼供給装置を示す系統図
である。

【図８】超低ＮＯｘ化を図った従来のガスタービン燃焼
器を示す断面構成図である。

【図９】図８の燃焼器における燃焼分配割合の一例を示
すグラフである。

【図１０】図８の燃焼器における拡散燃焼分配割合の一
例を示すグラフである。

【符号の説明】

１燃料器ライナ２第１段燃焼域３第２段燃焼域８燃料供給管１１燃料止め弁１６第１段拡散燃料ノズル１７第２段拡散燃料ノズル１８予混合燃料ノズル１９パイロットノズル２０メイン燃料ノズル２１第１燃料制御弁２２第２燃料制御弁２３第３燃料制御弁２４燃料分配弁２５第１拡散燃料供給管２６第２拡散燃料供給管２７パイロット予混合燃料供給管２８メイン燃料供給管２９，３９，４９制御装置３０，３１，４２圧力検出器３２，３４，４０演算器３３，５０，５１関数発生器４１流量検出器Ｐ₁，Ｐ₂ 圧力Ｐ₃ 燃焼器内圧力Ｐｒ圧力比Ｌ負荷ａ，ｂ拡散燃料分配比ｒａ，ｒｂ燃料弁開度Ｔ大気温度Ｌｃバイアス量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一燃焼域に燃料を供給する複数の燃料ノ
ズルと、燃料制御弁を有して前記各燃料ノズルに燃料を
それぞれ供給する複数の拡散燃料供給管と、これらの拡
散燃料供給管に燃料を分配供給する燃料供給管とを備え
たガスタービン燃焼器のガスタービン燃料供給方法にお
いて、燃料ノズル圧力比と燃料制御弁圧力比とを適正に
保ちながら、前記各燃料制御弁を制御して燃料分配比を
変化させることを特徴とするガスタービン燃料供給方
法。
【請求項２】燃料制御弁下流の圧力および燃料ノズル上
流の圧力をそれぞれ検出し、これら各検出信号に基づき
各燃料制御弁を制御することを特徴とする請求項１記載
のガスタービン燃料供給方法。
【請求項３】燃料流量、燃料圧力、燃料制御弁開度およ
び空気圧縮機の吐出圧力をそれぞれ検出し、これら各検
出信号に基づき各燃料制御弁を制御することを特徴とす
る請求項１記載のガスタービン燃料供給方法。
【請求項４】大気温度によるバイアスを考慮したガスタ
ービン出力を検出し、この検出信号に基づき各燃料制御
弁を制御することを特徴とする請求項１記載のガスター
ビン燃料供給方法。
【請求項５】同一燃料域に燃料を供給する複数の燃料ノ
ズルと、燃料制御弁を有して前記各燃料ノズルに燃料を
それぞれ供給する複数の拡散燃料供給管と、これらの拡
散燃料供給管に燃料を分配供給する燃料供給管とを備え
たガスタービン燃料器のガスタービン燃料供給装置にお
いて、燃料ノズル圧力比と燃料制御弁圧力比とを適正に
保ちながら前記各燃料制御弁を制御して燃料分配比を変
化させる制御装置を設けたことを特徴とするガスタービ
ン燃料供給装置。
【請求項６】制御装置は、燃料ノズル上流の圧力を検出
する圧力検出器からの出力信号および燃料器内圧力信号
の入力により燃料ノズル圧力比を演算する演算器と、こ
の演算器からの出力信号、燃料制御弁下流の圧力を検出
する圧力検出器からの出力信号および負荷信号の入力に
より各燃料制御弁の拡散燃料分配比を演算する関数発生
器と、この関数発生器からの出力信号および拡散燃料割
合信号の入力により各燃料制御弁の弁開度を演算する弁
開度演算器とを備え、各燃料制御弁は、前記弁開度演算
器からの出力信号により制御されることを特徴とする請
求項５記載のガスタービン燃料供給装置。
【請求項７】制御装置は、流量検出器からの燃料流量信
号、圧力検出器からの燃料圧力信号、空気圧縮機の吐出
圧力信号および燃料制御弁の弁開度信号の入力により燃
料制御弁の下流圧力および燃料ノズルの圧力比をそれぞ
れ演算する演算器と、この演算器からの出力信号および
負荷信号の入力により各燃料制御弁の拡散燃料分散比を
演算する関数発生器と、この関数発生器からの出力信号
および拡散燃料割合信号の入力により各燃料制御弁の弁
開度を演算する弁開度演算器とを備え、各燃料制御弁
は、前記弁開度演算器からの出力信号により制御される
ことを特徴とする請求項５記載のガスタービン燃料供給
装置。
【請求項８】制御装置は、大気温度信号の入力により負
荷のバイアス量を演算するバイアス関数発生器と、この
バイアス関数発生器からの出力信号および負荷信号の入
力により各燃料制御弁の拡散燃料分散比を演算する関数
発生器と、この関数発生器からの出力信号および拡散燃
料割合信号の入力により各燃料制御弁の弁開度を演算す
る弁開度演算器とを備え、各燃料制御弁は、前記弁開度
演算器からの出力信号により制御されることを特徴とす
る請求項５記載のガスタービン燃料供給装置。