JPH11270850A - ガスタービンプラントの燃料供給装置 - Google Patents

ガスタービンプラントの燃料供給装置

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JPH11270850A
JPH11270850A JP7621398A JP7621398A JPH11270850A JP H11270850 A JPH11270850 A JP H11270850A JP 7621398 A JP7621398 A JP 7621398A JP 7621398 A JP7621398 A JP 7621398A JP H11270850 A JPH11270850 A JP H11270850A
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JP
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fuel
fuel supply
combustion
supply system
signal
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JP7621398A
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Kenji Takahara
健司 高原
Isamu Suzuki
勇 鈴木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来一定とされていた燃料を加熱させて適圧力
にコントロールし、より簡素な燃料供給装置にして低N
Ox化と安定した燃焼ガスの生成を図ったガスタービン
プラントの燃料供給装置を提供する。 【解決手段】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、パイロット燃料ノズル22に拡散燃焼用の
燃料を供給する燃料供給系17を、拡散燃焼用燃料供給
系18と拡散燃焼用加熱燃料供給系19とに区分けし、
この拡散燃焼用加熱燃料供給系19に設置した加熱器2
6と、この加熱器26で加熱させた燃料に、上記拡散燃
焼用燃料供給系19からの燃料を混合・合流させて上記
パイロット燃料ノズル27に供給する三方弁23と、メ
イン燃料ノズル29に予混合燃焼用の燃料を供給する予
混合燃焼用燃料供給系20とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を加熱してガ
スタービン燃焼器に供給する際、ガスタービン負荷に応
じて燃料の圧力を調整するガスタービンプラントの燃料
供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近のガスタービンプラントは、公害規
制に対処させてNOx濃度の発生を低く抑えたガスター
ビン燃焼器およびガスタービン燃料供給装置が実現して
おり、その構成として図12および図13に示すものが
ある。
【0003】ガスタービンプラントは、図12に示すよ
うに、空気圧縮機1、ガスタービン燃焼器2、ガスター
ビン3、被駆動機4を備え、空気圧縮機1で吸い込んだ
大気aを圧縮し、高圧空気bにしてガスタービン燃焼器
2に案内し、ここで燃料fが加えられて燃焼ガス(ガス
タービン駆動ガス)cを生成し、その燃焼ガスcをガス
タービン3に供給して膨張仕事をさせ、膨張仕事の際に
発生する回転トルクで被駆動機4を回転させるととも
に、膨張仕事後のガスタービン排ガスdを大気に放出さ
せている。
【0004】また、ガスタービン燃焼器2に燃料fを供
給する燃料供給装置は、燃料しゃ断弁5の出口側からバ
イパスさせ、拡散燃焼用として使用する燃料f1 の流量
をコントロールする拡散燃焼用制御弁6を備えた拡散燃
焼用燃料供給系7と、予混合燃焼用として使用する燃料
f2 の流量をコントロールする予混合燃焼用制御弁8を
備えた予混合燃焼用燃料供給系9とに区分けしている。
【0005】拡散燃焼用燃料供給系7は、図13に示す
ように、燃料しゃ断弁5で燃料fの圧力を一定にコント
ロールした燃料f′を拡散燃焼用制御弁6で流量コント
ロールし、拡散燃焼用の燃料f1 としてガスタービン燃
焼器2の燃焼器ライナ10の頭部側に設置したパイロッ
ト燃料ノズル11に供給し、保炎としての燃焼ガスcを
生成している。
【0006】また、予混合燃焼用燃料供給系9は、上述
の燃料f′を予混合燃焼用制御弁8で流量コントロール
し、予混合燃焼用の燃料f2 として燃焼器ライナ10の
外側に設置したメイン燃料ノズル12に供給し、ここで
空気圧縮機1から案内された高圧空気bと予混合ダクト
13で予混合させ、予混合希薄燃料にして燃焼器ライナ
10で形成した燃焼室14に供給し、上述の拡散燃焼に
より生成した保炎を利用して燃焼ガスcを生成してい
る。
【0007】このように、二系統の燃料供給装置を備え
たガスタービンプラントは、ガスタービン燃焼器2への
燃料分配を、図14に示すように、起動運転から中間負
荷運転まで、拡散燃焼用燃料供給系7からパイロット燃
料ノズル11に燃料f1 を供給して燃焼ガスcを生成
し、中間負荷運転に入ると、拡散燃焼用制御弁6を絞っ
て燃料f1 を少なくさせ、代って予混合燃焼用制御弁8
を開弁させ、予混合燃焼用燃料供給系9からメイン燃料
ノズル12に燃料f2 を供給し、予混合希薄燃料にして
燃焼ガスcを生成し、ガスタービン負荷の増加に応じて
トータル燃料fを増加させている。
【0008】このように、最近のガスタービンプラント
は、起動運転から中間負荷運転までガスタービン燃焼器
2に拡散燃焼を行わせ、中間負荷運転から定格負荷運転
まで、ガスタービン燃焼器2に予混合燃焼を行わせ、予
混合燃焼に基づいてNOx濃度の発生を低く抑える運転
を行っていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図13で示したガスタ
ービン燃焼器2には、幾つかの問題点があり、その一つ
にNOxの低濃度化と、燃料の好制御特性化との両立性
がある。
【0010】一般に、パイロット燃料ノズル11および
メイン燃料ノズル12は、ともに、その噴口面積を定格
負荷運転を基準にして設計されている。この場合、メイ
ン燃料ノズル12の噴口面積は、最も運転時間の長い定
格負荷運転に、燃料圧力比を高くして安定燃焼ができる
ように設計しており、また、パイロット燃料ノズル11
の噴口面積は、トータル燃料fの流量の5〜10%で拡
散燃焼ができるように設計している。具体的には、パイ
ロット燃料ノズル11の噴口面積を、メイン燃料ノズル
12のそれに較べて1/4〜1/5に小さく設計してい
る。
【0011】このように、パイロット燃料ノズル11の
噴口面積を小さくしていると、ガスタービンプラント
は、低負荷運転時、図15に示すように、パイロット燃
料ノズル11から噴出する燃料f1 が定格負荷運転に較
べて多量になり、これに伴って燃料f1 の圧力が高くな
る。
【0012】パイロット燃料ノズル11は、噴出する燃
料f1 の圧力を高くすると、図13で示した燃料しゃ断
弁5を通過した燃料f′の圧力および燃料f1 のクリテ
ィカル流れを維持できなくなる限界圧力を超え、弁開度
に対する燃料f1 の流量が非線形になり、設計値通りの
制御特性を維持することが困難になってきている。
【0013】限界圧力よりも低くして燃料流れの安定化
を図る手段として、最近では、図16に示すように、拡
散燃焼用燃料供給系7を二つに分け、一つを低負荷拡散
燃焼用制御弁15を備えた低負荷拡散燃焼用燃料供給系
7aとし、残りを中高負荷拡散燃焼用制御弁16を備え
た中高負荷拡散燃焼用燃料供給系7bとするとともに、
中高負荷拡散燃焼用燃料供給系7bと併用する予混合燃
焼用燃料供給系9とが提案されている。
【0014】三つの燃料供給装置を備えたガスタービン
プラントは、ガスタービン燃焼器2への燃料分配を、図
17に示すように、起動運転から低負荷拡散燃焼用燃料
供給系7aおよび中高負荷拡散燃焼用燃料供給系7bを
同時に使用し、中間負荷運転に入ると、低負荷拡散燃焼
用燃料供給系7aから低負荷拡散燃焼用制御弁15を介
して第1パイロット燃料ノズル11aに供給していた燃
料f1 をカットし、代って予混合燃焼用制御弁8を開弁
させ、予混合燃焼用燃料供給系9からメイン燃料ノズル
12に燃料f2 を供給するとともに、中高負荷拡散燃焼
用燃料供給系7bから中高負荷拡散燃焼用制御弁16を
介して第2パイロット燃料ノズル11bに供給し、燃焼
ガスcを生成している。
【0015】このように三つの燃料供給装置をガスター
ビン負荷に対応させて使い分けると、ガスタービンプラ
ントは、図18に示すように、各燃料f1 ,f2 ,f3
の圧力が限界圧力よりも低くなり、各制御弁8,15,
16の弁開度に対する各燃料f1 ,f2 ,f3 の流量が
線形になり、好制御特性を維持できる。
【0016】しかし、ガスタービンプラントは、ガスタ
ービン燃焼器2が三つの燃料供給装置を備えていると、
理論上、好制御特性を維持できていても、実際にはその
操作が複雑になって誤操作の原因になり、また、一度、
制御系にトラブルが発生すると、迅速な対応措置が難し
くなり、さらに、制御系のメンテナンスを頻繁に行わな
ければならず、作業者により多くの労力を強いる等の問
題点がある。
【0017】したがって、この種の技術においては、燃
料供給装置を簡素化させて好制御特性を維持させ、NO
x濃度の発生をより一層低く抑えることが必要とされ
る。
【0018】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、従来、一定とされていた燃料を加熱させて
燃料の圧力をコントロールし、より簡素な燃料供給装置
にして低NOx化と安定した燃焼ガスの生成を図ったガ
スタービンプラントの燃料供給装置を提供することを目
的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ンプラントの燃料供給装置は、上記目的を達成するため
に、請求項1に記載したように、メイン燃料ノズルに予
混合燃焼用の燃料を供給する予混合燃焼用燃料供給系
と、パイロット燃料ノズルに拡散燃焼用の燃料を供給す
る拡散燃焼用燃料供給系と、上記パイロット燃料ノズル
に拡散燃焼用の燃料を加熱器を介して加熱させて供給す
る拡散燃焼用加熱燃料供給系とを備え、この拡散燃焼用
加熱燃料供給系で加熱させた燃料に、上記拡散燃焼用燃
料供給系からの燃料を三方弁を介して混合・合流させて
上記パイロット燃料ノズルに供給したものである。
【0020】また、本発明に係るガスタービンプラント
の燃料供給装置は、上記目的を達成するために、請求項
2に記載したように、三方弁に制御演算部を備え、この
制御演算部に信号設定器および比較器を組み込み、信号
設定器に入力した信号を演算し、その演算信号を比較器
に入力したフィードバック信号と突き合せ、偏差が出た
とき、その偏差信号に基づいて上記三方弁を開閉させる
ものである。
【0021】また、本発明に係るガスタービンプラント
の燃料供給装置は、上記目的を達成するために、請求項
3に記載したように、信号設定器に入力した信号は、ガ
スタービン燃焼器の出口側の燃焼ガス温度信号、拡散燃
焼用燃料供給系に供給される燃料と拡散燃焼用加熱燃料
供給系に供給される燃料との分配割合信号、ガスタービ
ン負荷信号、大気温度信号および大気湿度信号のうち、
一つを選択したものである。
【0022】また、本発明に係るガスタービンプラント
の燃料供給装置は、上記目的を達成するために、請求項
4に記載したように、比較器に入力したフィードバック
信号は、パイロット燃料ノズルに供給される燃料の温度
信号、パイロット燃料ノズルの入口、出口の燃料圧力比
信号およびパイロット燃料ノズルに供給される燃料の絶
対圧力信号のうち、一つを選択したものである。
【0023】また、本発明に係るガスタービンプラント
の燃料供給装置は、上記目的を達成するために、請求項
5に記載したように、メイン燃料ノズルに予混合燃焼用
の燃料を供給する予混合燃焼用燃料供給系と、パイロッ
ト燃料ノズルに拡散燃焼用の燃料を供給する拡散燃焼用
燃料供給系と、この拡散燃焼用燃料供給系に設けた拡散
燃焼用燃料流量調整弁と、上記パイロット燃料ノズルに
拡散燃焼用の燃料を加熱器を介して加熱させて供給する
拡散燃焼用加熱燃料供給系とを備え、この拡散燃焼用加
熱燃料供給系で加熱させた燃料に、上記拡散燃焼用燃料
供給系からの燃料を拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁を介
して混合・合流させて上記パイロット燃料ノズルに供給
したものである。
【0024】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項6に記載した
ように、拡散燃焼用燃料流量調整弁と拡散燃焼用加熱燃
料流量調整弁は、弁開度をスプリットレンジにしたこと
を特徴とするものである。
【0025】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項7に記載した
ように、弁開度をスプリットレンジにした拡散燃焼用燃
料流量調整弁と拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁とは、信
号設定器および比較器を組み込んだ制御演算部を備えた
ものである。
【0026】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項8に記載した
ように、パイロット燃料ノズルに拡散燃焼用の燃料を供
給する拡散燃焼用燃料供給系と、この拡散燃焼用燃料供
給系に設置した加熱器と、メイン燃料ノズルに予混合燃
焼用の燃料を供給する予混合燃焼用燃料供給系とを備え
たものである。
【0027】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項9に記載した
ように、パイロット燃料ノズルに拡散燃焼用の燃料を供
給する拡散燃焼用燃料供給系と、メイン燃料ノズルに予
混合燃焼用の燃料を供給する予混合燃焼用燃料供給系
と、上記拡散燃焼用燃料供給系および予混合燃焼用燃料
供給系の両方に設置した加熱器とを備えたものである。
【0028】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項10に記載し
たように、加熱器に、加熱媒体を制御する流量調整弁を
備えたものである。
【0029】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項11に記載し
たように、流量調整弁に制御演算部を備え、この制御演
算部に信号設定器および比較器を組み込み、信号設定器
に入力した信号を演算し、その演算信号を比較器に入力
したフィードバック信号と突き合せ、偏差が出たとき、
その偏差信号に基づいて上記流量調整弁を開閉させるも
のである。
【0030】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項12に記載し
たように、信号設定器に入力した信号は、ガスタービン
燃焼器の出口側の燃焼ガス温度信号、拡散燃焼用燃料供
給系に供給される燃料と予混合燃焼用燃料供給系に供給
される燃料との分配割合信号、ガスタービン負荷信号、
大気温度信号および大気湿度信号のうち、一つを選択し
たものである。
【0031】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項13に記載し
たように、比較器に入力したフィードバック信号は、パ
イロット燃料ノズルに供給される燃料の温度信号、メイ
ン燃料ノズルに供給される燃料の温度信号、パイロット
燃料ノズルの入口、出口の燃料圧力比信号、メイン燃料
ノズルの入口、出口の圧力比信号、パイロット燃料ノズ
ルに供給される燃料の絶対圧力信号のうち、一つを選択
したものである。
【0032】また、ガスタービンプラントの燃料供給装
置は、上記目的を達成するために、請求項14に記載し
たように、加熱器に供給される加熱媒体は、蒸気および
ガスタービン排ガスのうち、いずれか一つを選択したも
のである。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
プラントの燃料供給装置の実施形態を図面および図中に
付した符号を引用して説明する。
【0034】図1は、本発明に係るガスタービンプラン
トの燃料供給装置の第1実施形態を示す概略系統図であ
る。
【0035】本実施形態に係るガスタービンプラントの
燃料供給装置は、燃料供給系17を、拡散燃焼用燃料供
給系18と、拡散燃焼用加熱燃料供給系19と、予混合
燃焼用燃料供給系20との三つの系統に区分けした構成
になっている。
【0036】拡散燃焼用燃料供給系18は、燃料供給系
17の燃料しゃ断弁21で燃料fの圧力を一定にコント
ロールした燃料f′を拡散燃焼用制御弁22で燃料f1
に流量コントロールし、拡散燃焼用の燃料f11として三
方弁23を介してガスタービン燃焼器24の燃焼器ライ
ナ25の頭部側に設置したパイロット燃料ノズル26に
供給する構成になっている。
【0037】また、拡散燃焼用加熱燃料供給系19は、
加熱器26と三方弁23とを備え、燃料供給系17の燃
料しゃ断弁21で燃料fの圧力を一定にコントロールし
た燃料f′を拡散燃焼用制御弁22で燃料f1 に流量コ
ントロールし、拡散燃焼用の加熱燃料f12として加熱器
26で加熱させ、その加熱燃料f12を三方弁26で上述
拡散燃焼用燃料供給系18からの拡散燃焼用の燃料f11
に混合・合流させ、合流燃料f13としてパイロット燃料
ノズル27に供給する構成になっている。
【0038】また、予混合燃焼用燃料供給系20は、予
混合燃焼用制御弁28、メイン燃料ノズル29、予混合
ダクト30を備え、燃料供給系17の燃料しゃ断弁21
で燃料fの圧力を一定にコントロールした燃料f′を予
混合燃焼用制御弁28で流量コントロールし、予混合燃
焼用の燃料f2 としてメイン燃料ノズル29に供給し、
ここで図12に示した空気圧縮機1から案内された高圧
空気bと予混合ダクト30で予混合させ、予混合希薄燃
料として燃焼器ライナ25で形成した燃焼室31に供給
し、燃焼ガスcを生成する構成になっている。
【0039】一方、加熱器26には、拡散燃焼用の加熱
燃料f12を適正温度に加熱させる加熱媒体e、例えばガ
スタービンの排ガスまたは蒸気が供給されおり、この加
熱媒体eを流量コントロールする流量調整弁31が設け
られている。
【0040】また、加熱器26は、図2に示すように、
その出口側に設けた三方弁23を開閉制御させる制御演
算部32を備えている。この制御演算部32は、信号設
定器33、比較器34により構成されている。
【0041】次に作用を説明する。
【0042】燃料供給系17は、拡散燃焼用制御弁22
および予混合燃焼用制御弁28の制御特性を良好にする
ため、燃料fを燃料しゃ断弁21で圧力一定値の燃料
f′に圧力コントロールさせる。
【0043】圧力一定値にコントロールされた燃料f′
は、起動運転時から中間負荷運転時まで、拡散燃焼用制
御弁22で流量コントロールされて燃料f1 にし、この
燃料f1 を拡散燃焼用燃料供給系18に供給する燃料f
11と、拡散燃焼用加熱燃料供給系19に供給する燃料f
12とに区分けされる。
【0044】拡散燃焼用燃料供給系18は、燃料f11を
三方弁23に供給する。
【0045】また、拡散燃焼用加熱燃料供給系19は、
燃料f12を加熱器26に供給し、ここで加熱媒体eと熱
交換させ、燃料f12を加熱させてその内部エネルギを高
め、三方弁23に供給する。
【0046】このように、三方弁23に拡散燃焼用燃料
供給系18からの燃料f11と拡散燃焼用加熱燃料供給系
19からの燃料f12とが供給されると、制御演算部32
は、図2に示すように、ガスタービン燃焼器の出口の燃
焼ガス温度信号(計算値)、燃料f1 を燃料11と燃料f
12とに分配した分配割合信号、ガスタービン負荷信号、
大気温度信号および大気湿度信号のいずれか一つの入力
信号iを信号設定器33で演算させ、その演算信号S
を、比較器34で合流燃料f13の温度信号、パイロット
燃料ノズル27の入口、出口の圧力比信号および合流燃
料f13の絶対圧力信号のいずれか一つのフィードバック
信号dに突き合せ、偏差が出ると、その偏差に基づいて
弁開閉信号を演算して三方弁23に与え、三方弁23を
開閉させ、ガスタービン負荷に対応する適正な圧力に維
持させた合流燃料f13としてパイロット燃料ノズル27
に供給することができるようになっている。
【0047】このように、本実施形態では、パイロット
燃料ノズル27に燃料fを供給する燃料供給系17を、
拡散燃焼用燃料供給系18と拡散燃焼用加熱燃料供給系
19とに区分けし、拡散燃焼用加熱燃料供給系19の燃
料f12を加熱器26で加熱させて三方弁23に供給する
一方、拡散燃焼用燃料供給系18の燃料f11を三方弁2
3に供給し、燃料f11と燃料f12とを混合・合流させる
際、制御演算部32の演算信号により三方弁23を弁開
閉制御させて体積流量を小さくなるようにコントロール
しているので、低負荷運転であってもパイロット燃料ノ
ズル27に供給する合流燃料f13の圧力を低く抑えるこ
とができる。
【0048】したがって、本実施形態によれば、パイロ
ット燃料ノズル27の噴口面積を、従来と同様に、定格
負荷運転時のトータル燃料fの流量5〜10%で拡散燃
焼ができるように設計していても、低負荷運転時、パイ
ロット燃料ノズル27への合流燃料f13の不安定供給が
なくなり、安定した燃焼ガスcを生成することができ
る。
【0049】図5および図6は、本実施形態に係るガス
タービンプラントの燃料供給装置における燃料特性線図
を示すもので、図5は、燃料圧力とガスタービン負荷と
の関係において、本発明の燃料圧力と従来の燃料圧力と
を対比させた燃料圧力線図を、図6は、燃料温度制御値
とガスタービン負荷との関係において、パイロット燃料
ノズル27に供給される拡散燃焼用の燃料f11の温度と
メイン燃料ノズル29に供給される予混合燃焼用の燃料
f2 の温度とを対比させた燃料線図をそれぞれ示してい
る。
【0050】図5では、低負荷運転時、パイロット燃料
ノズル27に供給される拡散燃焼用の合流燃料f13の圧
力が従来に較べて低くなっているので、安定した燃焼ガ
スcを生成することが認められた。
【0051】また、図6では、中高負荷運転時、パイロ
ット燃料ノズル27に供給される拡散燃焼用の燃料f11
の温度がメイン燃料ノズル29に供給される予混合燃焼
用の燃料f2 の温度に較べて高くなっているので、保炎
としての燃焼ガスcを確実に確保できることが認められ
た。
【0052】図3は、本発明に係るガスタービンプラン
トの燃料供給装置の第2実施形態を示す概略系統図であ
る。
【0053】なお、第1実施形態の構成部品と同一部分
には同一符号を付す。
【0054】本実施形態は、拡散燃焼用燃料供給系18
に拡散燃焼用燃料流量調整弁35を設けるとともに、加
熱器26の出口側の拡散燃焼用加熱燃料供給系19に拡
散燃焼用加熱燃料流量調整弁36を設けたものである。
【0055】拡散燃焼用燃料流量調整弁35および拡散
燃焼用加熱燃料流量調整弁36は、図4に示すように、
共通の制御演算部32を備え、制御演算部32からの演
算信号により、例えば拡散燃焼用燃料流量調整弁35を
閉弁させると、逆に、拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁3
6を開弁させる、いわゆるスプリットレンジができる構
成になっている。なお、制御演算部32は、第1実施形
態と同様に、信号設定器33と比較器34とを備え、入
力信号iとしてガスタービン燃焼器の出口の燃焼ガス温
度信号(計算値)、燃料f1 を拡散燃焼用燃料供給系1
8への燃料f1と拡散燃焼用加熱燃料供給系19への燃
料12とに分配した分配割合信号、ガスタービン負荷信
号、大気温度信号および大気湿度信号のいずれか一つを
選択し、フィードバック信号dとして合流燃料f13の温
度信号、パイロット燃料ノズル27の入口、出口の圧力
比信号および合流燃料f13の絶対圧力信号のいずれか一
つを選択し、弁開度をスプリットレンジにして拡散燃焼
用燃料流量調整弁35および拡散燃焼用加熱燃料流量調
整弁36を同時に弁開閉制御している。
【0056】このように、本実施形態によれば、拡散燃
焼用燃料供給系18に設けた拡散燃焼用燃料流量調整弁
35と、加熱器26の出口側の拡散燃焼用加熱燃料供給
系19に設けた拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁36とを
制御演算部32からの演算信号により弁開度をスプリッ
トレンジにしたので、図5および図6で示した第1実施
形態と同様に、低負荷運転時、合流燃料f13の圧力を低
くして燃焼ガスcの安定化を図ることができ、また中高
負荷運転時、保炎としての燃焼ガスcを確実に確保する
ことができる。
【0057】図7は、本発明に係るガスタービンプラン
トの燃料供給装置の第3実施形態を示す概略系統図であ
る。なお、第1実施形態の構成部品と同一部分には同一
符号を付す。
【0058】本実施形態は、拡散燃焼用制御弁22で流
量コントロールした燃料f1 を、拡散燃焼用燃料供給系
18に設けた加熱器26で任意の温度に加熱させて燃料
f11としてパイロット燃料ノズル27に供給する際、加
熱器26に流量調整弁31を設け、この流量調整弁31
により加熱器26に供給される加熱媒体eを制御したも
のである。
【0059】流量調整弁31は、図9に示すように、信
号設定器32と比較器34とを組み込んだ制御演算部3
2を備えている。この制御演算部32は、第1実施形態
と同様に、入力信号としてガスタービン燃焼器の出口の
燃焼ガス温度信号(計算値)、拡散燃焼用燃料供給系1
8に供給される燃料f1 と予混合燃焼用燃料供給系20
に供給される燃料f2 との分配割合信号、ガスタービン
負荷信号、大気温度信号および大気湿度信号のいずれか
一つを選択し、フィードバック信号dとしてパイロット
燃料ノズル27に供給される燃料f11の温度信号、メイ
ン燃料ノズル29に供給される燃料f2 の温度信号、パ
イロット燃料ノズル27の入口、出口の圧力比信号、メ
イン燃料ノズル29の入口、出口の圧力比信号、パイロ
ット燃料ノズル27に供給される燃料f11の絶対圧力信
号およびメイン燃料ノズル29に供給される燃料f2 の
絶対圧力信号のいずれか一つを選択し、流量調整弁31
に弁開閉演算信号を与えて加熱媒体eの流量を調整して
いる。
【0060】このように、本実施形態では、燃料f1 を
加熱器26で加熱させて燃料f1 としてパイロット燃料
ノズル27に供給する際、加熱器26に供給される加熱
媒体eを流量調整弁31で適正流量に制御させたので、
低負荷運転時でもパイロット燃料ノズル27に燃料f11
を安定供給でき、燃焼ガスcを確実に確保することがで
きる。
【0061】図10および図11は、本実施形態に係る
ガスタービンプラントの燃料供給装置における燃料特性
線図を示すもので、図10は、燃料圧力とガスタービン
負荷との関係において、本発明の燃料圧力と従来の燃料
圧力とを対比させた燃料圧力線図を、図11は、燃料温
度制御値とガスタービン負荷との関係において、パイロ
ット燃料ノズル27に供給される拡散燃焼用の燃料f11
の温度とメイン燃料ノズル29に供給される予混合燃焼
用の燃料f2 の温度とを対比させた燃料線図をそれぞれ
示している。
【0062】図10では、低負荷運転時、パイロット燃
料ノズル27に供給される拡散燃焼用の燃料f11の圧力
が従来に較べて低くなっているので、安定した燃焼ガス
cを生成することが認められた。
【0063】また、図11では、中高負荷運転時、パイ
ロット燃料ノズル27に供給される拡散燃焼用の燃料f
11の温度がメイン燃料ノズル29に供給される予混合燃
焼用の燃料f2 の温度に較べて高くなっているので、保
炎としての燃焼ガスcを確実に確保できることが認めら
れた。
【0064】図8は、本発明に係るガスタービンプラン
トの燃料供給装置の第4実施形態を示す概略系統図であ
る。なお、第1実施形態の構成部品と同一部分には同一
符号を付す。
【0065】本実施形態は、第3実施形態に加えてメイ
ン燃料ノズル29に供給される燃料f2 も、加熱器26
で加熱させるとともに、加熱器26に供給される加熱媒
体eを、図9で示した第3実施形態と同様に、流量調整
弁31で制御させたものである。
【0066】ガスタービンプラントは、燃料f2 をメイ
ン燃料ノズル29に投入するとき、中間負荷運転に入っ
ており、パイロット燃料ノズル27により保炎が確実に
確保されているので、燃料f2 の高い温度の下、メイン
燃料ノズル29から燃焼室31に噴出する予混合希薄燃
料であっても安定した燃焼ガスcを生成することができ
る。
【0067】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係るガスタ
ービンプラントの燃料供給装置は、パイロット燃料ノズ
ルに拡散燃焼用の燃料を供給する燃料供給系を、拡散燃
焼用燃料供給系と拡散燃焼用加熱燃料供給系とに区分け
するとともに、メイン燃料ノズルに予混合燃焼用の燃料
を供給する予混合燃焼用燃料供給系を設ける一方、上記
拡散燃焼用加熱燃料供給系に加熱器を設置し、加熱器で
加熱させた燃料に、上記拡散燃焼用燃料供給系からの燃
料を三方弁で適圧に混合・合流させたので、低負荷運転
時でもパイロット燃料ノズルに燃料を安定供給すること
ができ、安定した燃焼ガスを生成することができる。
【0068】その際、加熱器に供給する加熱媒体の流量
制御を行う流量調整弁に、制御演算部を設け、制御演算
部の演算信号により流量調整弁を開閉制御させたので、
パイロット燃料ノズルに供給する燃料の温度をガスター
ビン負荷に対応させて自由に調整することができる。
【0069】また、本発明に係るガスタービンプラント
の燃料供給装置は、パイロット燃料ノズルに拡散燃焼用
の燃料を供給する燃料供給系を、拡散燃焼用燃料供給系
と拡散燃焼用加熱燃料供給系とに区分けし、拡散燃焼用
燃料供給系に拡散燃焼用燃料流量調整弁を設置する一
方、拡散燃焼用加熱燃料供給系に設置した加熱器の出口
側に拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁を設け、各流量調整
弁の弁開度をスプリットレンジにして燃料圧力を調整し
たので、低負荷運転時でも適圧な燃料としてパイロット
燃料ノズルに供給することができる。
【0070】また、本発明に係るガスタービンプラント
の燃料供給装置は、パイロット燃料ノズルに供給する拡
散燃焼用の燃料およびメイン燃料ノズルに供給する予混
合燃焼用の燃料のうち、少なくとも一つ以上を加熱させ
る加熱器を備えたので、低負荷運転時および中高負荷運
転時でも、ガスタービン燃焼器に安定した燃料を供給す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第1実施形態を示す概略系統図。
【図2】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第1実施形態に適用される三方弁の制御ブロック
図。
【図3】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第2実施形態を示す概略系統図。
【図4】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第2実施形態に適用される拡散燃焼用燃料流量調
整弁および拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁の制御ブロッ
ク図。
【図5】パイロット燃料ノズルに供給される従来の燃料
圧力と本発明の燃料圧力とを対比させた本発明に係る第
1実施形態および第2実施形態における燃料圧力線図。
【図6】パイロット燃料ノズルに供給される燃料の温度
と、メイン燃料ノズルに供給される燃料の温度とを示す
本発明に係る第1実施形態および第2実施形態における
燃料線図。
【図7】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第3実施形態を示す概略系統図。
【図8】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第4実施形態を示す概略系統図。
【図9】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第3実施形態および第4実施形態に適用される流
量調整弁の制御ブロック図。
【図10】パイロット燃料ノズルに供給される従来の燃
料圧力と本発明の燃料圧力とを対比させた本発明に係る
第3実施形態および第4実施形態における燃料圧力線
図。
【図11】パイロット燃料ノズルに供給される燃料の温
度と、メイン燃料ノズルに供給される燃料の温度とを示
す本発明に係る第3実施形態および第4実施形態におけ
る燃料線図。
【図12】従来のガスタービンプラントの燃料供給装置
を示す概略系統図。
【図13】図12で示したガスタービン燃焼器の燃料供
給系を示す部分図。
【図14】従来のガスタービンプラントの燃料供給装置
のパイロット燃料ノズルおよびメイン燃料ノズルに燃料
を供給する燃料分配線図。
【図15】従来のガスタービンプラントの燃料供給装置
のパイロット燃料ノズルに供給される燃料の圧力を示す
燃料圧力線図。
【図16】従来の別のガスタービンプラントの燃料供給
装置を示す概略系統図。
【図17】図16で示したパイロット燃料ノズルおよび
メイン燃料ノズルに燃料を供給する燃料分配線図。
【図18】図16で示したパイロット燃料ノズルおよび
メイン燃料ノズルに供給される燃料の圧力を示す燃料圧
力線図。
【符号の説明】
1 空気圧縮機 2 ガスタービン燃焼器 3 ガスタービン 4 被駆動機 5 燃料しゃ断弁 6 拡散燃焼用制御弁 7 拡散燃焼用燃料供給系 7a 低負荷拡散燃焼用燃料供給系 7b 中高負荷拡散燃焼用燃料供給系 8 予混合燃焼用制御弁 9 予混合燃焼用燃料供給系 10 燃焼器ライナ 11 パイロット燃料ノズル 11a 第1パイロット燃料ノズル 11b 第2パイロット燃料ノズル 12 メイン燃料ノズル 13 予混合ダクト 14 燃焼室 15 低負荷拡散燃焼用制御弁 16 中高負荷拡散燃焼用制御弁 17 燃料供給系 18 拡散燃焼用燃料供給系 19 拡散燃焼用加熱燃料供給系 20 予混合燃焼用燃料供給系 21 燃料しゃ断弁 22 拡散燃焼用制御弁 23 三方弁 24 ガスタービン燃焼器 25 燃焼器ライナ 26 加熱器 27 パイロット燃料ノズル 28 予混合燃焼用制御弁 29 メイン燃料ノズル 30 予混合ダクト 31 流量調整弁 32 制御演算部 33 信号設定器 34 比較器 35 拡散燃焼用燃料流量調整弁 36 拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23R 3/34 F23R 3/34

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メイン燃料ノズルに予混合燃焼用の燃料
    を供給する予混合燃焼用燃料供給系と、パイロット燃料
    ノズルに拡散燃焼用の燃料を供給する拡散燃焼用燃料供
    給系と、上記パイロット燃料ノズルに拡散燃焼用の燃料
    を加熱器を介して加熱させて供給する拡散燃焼用加熱燃
    料供給系とを備え、この拡散燃焼用加熱燃料供給系で加
    熱させた燃料に、上記拡散燃焼用燃料供給系からの燃料
    を三方弁を介して混合・合流させて上記パイロット燃料
    ノズルに供給することを特徴とするガスタービンプラン
    トの燃料供給装置。
  2. 【請求項2】 三方弁に制御演算部を備え、この制御演
    算部に信号設定器および比較器を組み込み、信号設定器
    に入力した信号を演算し、その演算信号を比較器に入力
    したフィードバック信号と突き合せ、偏差が出たとき、
    その偏差信号に基づいて上記三方弁を開閉させることを
    特徴とするガスタービンプラントの燃料供給装置。
  3. 【請求項3】 信号設定器に入力した信号は、ガスター
    ビン燃焼器の出口側の燃焼ガス温度信号、拡散燃焼用燃
    料供給系に供給される燃料と拡散燃焼用加熱燃料供給系
    に供給される燃料との分配割合信号、ガスタービン負荷
    信号、大気温度信号および大気湿度信号のうち、一つを
    選択したことを特徴とする請求項2記載のガスタービン
    プラントの燃料供給装置。
  4. 【請求項4】 比較器に入力したフィードバック信号
    は、パイロット燃料ノズルに供給される燃料の温度信
    号、パイロット燃料ノズルの入口、出口の燃料圧力比信
    号およびパイロット燃料ノズルに供給される燃料の絶対
    圧力信号のうち、一つを選択したことを特徴とする請求
    項2記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  5. 【請求項5】 メイン燃料ノズルに予混合燃焼用の燃料
    を供給する予混合燃焼用燃料供給系と、パイロット燃料
    ノズルに拡散燃焼用の燃料を供給する拡散燃焼用燃料供
    給系と、この拡散燃焼用燃料供給系に設けた拡散燃焼用
    燃料流量調整弁と、上記パイロット燃料ノズルに拡散燃
    焼用の燃料を加熱器を介して加熱させて供給する拡散燃
    焼用加熱燃料供給系とを備え、この拡散燃焼用加熱燃料
    供給系で加熱させた燃料に、上記拡散燃焼用燃料供給系
    からの燃料を拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁を介して混
    合・合流させて上記パイロット燃料ノズルに供給するこ
    とを特徴とするガスタービンプラントの燃料供給装置。
  6. 【請求項6】 拡散燃焼用燃料流量調整弁と拡散燃焼用
    加熱燃料流量調整弁は、弁開度をスプリットレンジにし
    たことを特徴とする請求項5記載のガスタービンプラン
    トの燃料供給装置。
  7. 【請求項7】 弁開度をスプリットレンジにした拡散燃
    焼用燃料流量調整弁と拡散燃焼用加熱燃料流量調整弁と
    は、信号設定器および比較器を組み込んだ制御演算部を
    備えたことを特徴とする請求項6記載のガスタービンプ
    ラントの燃料供給装置。
  8. 【請求項8】 パイロット燃料ノズルに拡散燃焼用の燃
    料を供給する拡散燃焼用燃料供給系と、この拡散燃焼用
    燃料供給系に設置した加熱器と、メイン燃料ノズルに予
    混合燃焼用の燃料を供給する予混合燃焼用燃料供給系と
    を備えたことを特徴とするガスタービンプラントの燃料
    供給装置。
  9. 【請求項9】 パイロット燃料ノズルに拡散燃焼用の燃
    料を供給する拡散燃焼用燃料供給系と、メイン燃料ノズ
    ルに予混合燃焼用の燃料を供給する予混合燃焼用燃料供
    給系と、上記拡散燃焼用燃料供給系および予混合燃焼用
    燃料供給系の両方に設置した加熱器とを備えたことを特
    徴とするガスタービンプラントの燃料供給装置。
  10. 【請求項10】 加熱器に、加熱媒体を制御する流量調
    整弁を備えたことを特徴とする請求項1,5,8または
    9記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  11. 【請求項11】 流量調整弁に制御演算部を備え、この
    制御演算部に信号設定器および比較器を組み込み、信号
    設定器に入力した信号を演算し、その演算信号を比較器
    に入力したフィードバック信号と突き合せ、偏差が出た
    とき、その偏差信号に基づいて上記流量調整弁を開閉さ
    せることを特徴とする請求項10記載のガスタービンプ
    ラントの燃料供給装置。
  12. 【請求項12】 信号設定器に入力した信号は、ガスタ
    ービン燃焼器の出口側の燃焼ガス温度信号、拡散燃焼用
    燃料供給系に供給される燃料と予混合燃焼用燃料供給系
    に供給される燃料との分配割合信号、ガスタービン負荷
    信号、大気温度信号および大気湿度信号のうち、一つを
    選択したことを特徴とする請求項11記載のガスタービ
    ンプラントの燃料供給装置。
  13. 【請求項13】 比較器に入力したフィードバック信号
    は、パイロット燃料ノズルに供給される燃料の温度信
    号、メイン燃料ノズルに供給される燃料の温度信号、パ
    イロット燃料ノズルの入口、出口の燃料圧力比信号、メ
    イン燃料ノズルの入口、出口の圧力比信号、パイロット
    燃料ノズルに供給される燃料の絶対圧力信号のうち、一
    つを選択したことを特徴とする請求項11記載のガスタ
    ービンプラントの燃料供給装置。
  14. 【請求項14】 加熱器に供給される加熱媒体は、蒸気
    およびガスタービン排ガスのうち、いずれか一つを選択
    したことを特徴とする請求項10記載のガスタービンプ
    ラントの燃料供給装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003056365A (ja) * 2001-08-20 2003-02-26 Osaka Gas Co Ltd バーナ装置及びそれを備えたガスタービンエンジン
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