JPS6198930A

JPS6198930A - ガスタ−ビンの燃料制御装置

Info

Publication number: JPS6198930A
Application number: JP22059084A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshida; 稔吉田; Yoshihisa Namekawa; 滑川　喜久
Original assignee: Hitachi Service Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Service Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1986-05-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、気体燃料を用いたガスタービンの燃料制御装
置に関するものである。

〔発明の背景〕

第３図は、ガス体を燃料とする多筒形燃焼器を有するガ
スタービンの燃料系統の１例を示したものである。燃料
ガス供給設備１から供給された燃料ガス２は、ガス遮断
／速度比弁３でガス圧を制御される６上記の制御は、タービン１８の回転速度を検出したター
ビン回転数信号２５と、ガス制御弁４の上流側における
ガス制御弁前ガス圧９とに基づいて演算器２６によって
ガス遮断／速度比制御信号２３を出力せしめ、この信号
２３によりガス遮断／速度比弁３を開閉制御して、ガス
圧を回転数２５に比例せしめるように行われる。更に、
ガス制御弁４を演算器２４の出力信号によって制御し、
設定出力２１に合致するよう流星が調整される。

燃料ガスはガスマニホールド５で各燃焼器に分岐され燃
料ノズル６より燃焼器内ｎ８内に噴射され、圧縮機吐出
空気１４と混合燃焼し、燃焼ガス１５となってタービン
１８へ導かれる。燃料ノズル６のガス噴射口１３は複数
個のオリフィスがら成り、そのガス通路面積は、噴射さ
れる燃料ガスに適当な運動量を与え、燃焼器内に安定燃
焼領域１２を形成するように、燃料ノズル前圧力１ｏと
燃焼器内圧１１との比及びガスタービンへの供給燃料流
量によって決定される。第４図は、一定の発熱量をもつ
燃料ガスに対して決定されたガス噴射口の燃料ノズル前
圧力と燃焼器内圧との比（以下圧力比Ｐ４／ＰｏＬと称
す）とガスタービン負荷との関係を示したものである。

一定発熱景をもつ燃料ガスに対して決定されたガス噴射
口の圧力比Ｐ４／ｐｃＬ３２は、ガスタービン負荷３５
の増加に従って増加し、最大負荷時２８に最大となる。

また、安定燃焼領域を形成するために必要な最小許容圧
力比３０と最大許容圧力比３１の間の範囲内にある。

上記の最小許容圧力比３ｏ、及び最大許容圧力比３１は
、ガスタービンの運転状態の安定性保持、及び燃焼器の
損傷防止のため、次記のように設定される。即ち、最小
許容圧力比３０は、多筒燃焼器間の圧力偏差による燃焼
不均衡や火炎吹消しのような燃焼不安定を防止するため
の限界を示すものであり、最大許容圧力比３１は、ガス
噴射速度の増大による燃焼領域の下流側への逸脱や火炎
直射による燃焼器損傷を防止するための限界を示すもの
である。

ガスタービンに供給される気体燃料の発熱量が長時間に
わたってほぼ一定である場合には、前記の圧力比（第４
図）を最小許容値３０と最大許容値３１との間に保つよ
うに操業することについて別設の困難は無いが、供給さ
れる気体燃料の種類若しくは品質が著しく変化して、そ
の発熱量が変動する場合には、同一負荷に対して燃料流
量が変化するため圧力比Ｐ４／ＰｏＬが変化する。

その結果、タービン負荷−圧力比カーブが、発熱量低下
時には破線で示した３３の如く、また発熱量増加時には
鎖線で示した３４の如く変化する。

このため、供給ガス燃料の発熱量が低下したとき（カー
ブ３３）には、五々大許容圧力比の限界点３６を越える
虞れがあり、また１発熱量増加時（カーブ；３４）には
、最小許容圧力比の限界点３７以下となる虞れが有る・
。このため、従来、燃料ガスの発熱猷変動範囲は、±１
０％程度以内に定められ、これを越える場合には、ガス
タービン出力制御やトリップといった処置がとられてい
る。

ガス濃度または発熱量の変化するガズ燃料を使用するガ
スタービンの制御装置としては、特開昭４８−４８８１
３号公報に示されるように、ガス濃度または燃料カロリ
ーを連続的に計ａ＋ｌｌＬ、この計測信号をガスタービ
ン制御装置に印加することによって、±１０％濃度の濃
度変動によるガスタービン負４１１の急ｇを防（卜する
方法が知られているが、供給ガス燃料の一１？！熱駄が
±１．０％を越えて変動する場合。

自動的に燃料供給状態を制御して圧力比を最大許容値と
最小許容値との間に維持する装置は未だ開発されていな
い。

〔発明の目的〕

本発明は子連の７３情に鑑みて為されたもので、気体燃
料の発熱量変動に応じて自動的に燃料制御を行い、発熱
量変動の許容値（従来は±１０％）を格段に拡大せしめ
得る燃料制御装置を提供しようとするものである。

上記の如く発熱量変動の許容範囲が拡大されると、ガス
供給設備の簡略化並びにコスト低下や、ガスタービン運
転状態の信頼性向上が当然に期待され得る。

〔発明の概要〕

前記の不具合を解消する為に創作した本発明の装置につ
いて、先ず、その原理を略述する。

ガス制御弁出口を分岐し、一方に流量調整弁を設け、各
分岐管のマニホールドから各々独立したオリフィスをも
つ２重オリフィス燃料ノズルに接続し、燃料ノズル入口
圧力及び燃焼器内圧（または間接的に燃焼器内圧を示す
圧力）から計算される圧力比が、燃焼器内の安定燃焼可
能範囲を示す許容圧力比の範囲を越えないように流量調
整弁を開閉させ燃料ノズルの噴射口面積を増減させるこ
とによって発熱量の変動範囲の大きいガス又は発熱量の
異なる２種類のガスの単−又は混合焼が可能となる。

上述の原理に基づいて前記の目的（発熱量変動に対応す
る自動制御）を達成する為、本発明のガスタービン燃料
制御装置は、ノズル入口燃料ガス圧力を測定する手段、
及び燃焼器内の燃焼状態を表示する圧力を測定する手段
を設けるとともに、上記双方の測定手゛段によって検出
された圧力信号を比較する演算器を設け、その演算結果
である圧力比に基づいて燃料ノズルの噴射口面積を増減
させる制御手段を設けて、燃料ノズル入口圧力と同出口
圧力との比を安定燃焼領域内ならしめるごとく燃料ガス
供給流量を制御するように構成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第１図及び第２図について説
明する。

第１図は、前記の従来装置（第３図）に本発明を適用し
て改良したガスタービン燃料制御装置の１例を示す系統
図である。第１図におけると同一の図面参照番号を付し
たものは、従来装置と同様乃至類似の構成部材であるか
ら説明を省略する。

第１図（従来例）に比して異なる構成部分について次に
述べる。

本実施例は、ガス制御弁出口に分岐管３８、流量調整弁
３９、マニホールド４０及び２重オリフィス燃料ノズル
４１を追加している。さらに燃料ノズル前圧力Ｐ４を測
定する圧力検知器４２及び燃焼器内圧に比例する圧縮機
吐出空気圧Ｐ００を測定する圧力検知器４３を設置し、
燃料ノズル前圧力信号４４と圧縮機吐出空気圧信号４５
から圧力比Ｐ　４／　Ｐ　ｏｎを計算し、最大及び最小
許容圧力比４７と比較し流量調整弁の開閉を制御する制
御系統から成っている。

第２図は、前記の実施例におけるガスタービン負荷３５
に対する燃料ノズル前圧力Ｐ４と圧縮機吐出空気圧Ｐｃ
０の比Ｐ４／Ｐ、、、５１を示したものである。一定の
発熱量をもつ燃料ガスに対して決定されたガス噴射口１
３の圧力比Ｐ、／Ｐ、、、３２’は、ガスタービン全負
荷範囲で許容圧力範囲内にあるが１発熱量が低下した場
合５４、ガスタービン°負荷が増加するにつれて圧力比
ｐ４／Ｐｅ１１が増加し、最大許容圧力比３１に達する
が、流量調整弁制御信号４９により流量調整弁３９が開
き、２重オリフィス燃料ノズル４１にガス燃料が導かれ
ガス噴射口５０からも噴射されるため圧力比Ｐ４／Ｐ、
、は減少５２し、許容圧力範囲内に戻り５５最大負荷時
２８でも運転可能となる。逆にガスタービン負荷が減少
し、圧力比Ｐ４／Ｐｒ、、が減少し最小許容圧力比３０
に達すると流量ＷＲ整弁３９が閉じられガス噴射口１３
からのみガス燃料が噴射されるため圧力比Ｐ、　／Ｐｃ
Ｄは上昇５３し、許容圧力比範囲内に戻り安定燃焼可能
となる。上述のように、本発明のシステムによれば、従
来のシステムでは浬転不可能であった燃料発熱量の大き
な変動にも追従しガスタービン全負荷範囲で安定燃焼可
能となる。

前記の実施例（第１図の装置）においては、（ａ）従来
±１０％であった供給ガス発熱量許容変動範囲を±３０
％まで拡大することができた。また、（ｂ）圧力比に基
づく制御を行う構成であるから、発熱量の異なる２種類
のガスの任意混合比による混燃が可能となり、その上、
（Ｃ）ガス供給設備の簡略化とコストダウンが可能とな
り、（ｄ）ガスタービン稼働状態の信頼性向上、管理コ
ストの低減にも貢献し得た。　。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の燃料制御装置は、気体燃
料の発熱量変動に応じて自動的に燃料制御を行い、燃料
ガスの発熱量変動の許容値を飛躍的に拡大せしめ得ると
いう優れた実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示したガスタービ。ンの燃料系統図、第２図は、上記の実施例におけるガス
タービン負荷に対する燃料ノズル前圧と圧縮機吐出空気
圧との比の変化を示した図表である。第ｉ図は、ガス体を燃料とする多筒形燃焼器を有ガス噴
射口のガスタービン負荷に対する燃料ノズル前圧と燃焼
器内圧との比の変化を示した図表である。１・・・ガス供給設備、２・・・燃料ガス、３・・・ガ
ス遮断／速度比弁、４・・・ガス制御弁、５・・・マニ
ホールド。６・・・燃料ノズル、７・・・燃焼器外筒、８・・・燃
焼器内筒、９・・・ガス制御弁前ガス圧、１０・・・燃
料ノズル前ガス圧、１１・・燃焼器内用、１２・・・燃
焼領域、１３　・ガス噴射口、１４・・・圧縮機吐出空
気、１５・・燃焼ガス、１６・・・空気、１７・・・圧
縮機、１８・・・タービン、１９・・・発電機、２０・
・・発電機出力。２１・・・設定出力、２２・・・ガス制御弁制御信号、
２３・・・ガス遮断／速度比制御信号、２４・・・演算
器、２５・・・タービン回転数信号、２６・・・演算器
、２７・・・タービン無負荷、２８・・・タービン最大
負荷、２９・・・燃料ノズル前圧と燃焼器内圧の比、３
０・・・最小許容圧力比、３１・・・最大許容圧力比、
３２・・・一定発熱駁の場合、３３・・低発熱量に変化
した場合、３４・・・高発熱量に変化した場合、３５・
・・タービン負荷、３６・・・最大許容圧力を越える場
合、３７・・・最小許容圧力以下の場合、３８・・・分
岐管、　　・３９・・・流量調整弁、４０・・・マニホ
ールド、４１・・２重オリフィス燃料ノズル、４２・・
・圧力検知器（燃料ノズル前圧）、４３・・・圧力検知
器（圧縮機吐出空気圧）、４４・・・燃料ノズル前圧信
号、４５・・・圧縮機吐出空気圧信号、４６・・・演算
器（圧力計算）、４７・・・最大及び最小許容圧力、４
８・・・演算器（圧力比比較）、４９・・・流量調整弁
制御信号。５０・・・ガス噴射口、５１・・・燃料ノズル前圧と圧
縮機吐出空気圧の比、５２・・・流量調整弁開時の変化
、５３・・・流量調整弁閉時の変化、５４・・・低発熱
量に変化した場合（ガス噴射口１３のみ）、５５・・・
低発熱量に変化した場合（ガス噴射口１３及び５゜）。

Claims

【特許請求の範囲】１、供給される燃料ガスの発熱量が変動するガスタービ
ンプラントにおいて、ノズル入口燃料ガス圧力を測定す
る手段、及び燃焼器内の燃料状態を表示する圧力を測定
する手段を設けるとともに、上記双方の測定手段によつ
て検出された圧力信号を比較する演算器を設け、その演
算結果である圧力比に基づいて燃料ノズルの噴射口面積
を増減させる制御手段を設けて、燃料ノズル入口圧力と
同出口圧力との比を安定燃料領域内ならしめるごとく燃
料ガス供給流量を制御するように構成したこを特徴とす
るガスタービン燃料制御装置。２、前記の燃焼器内の燃焼状態を表示する圧力を測定す
る手段は、当該ガスタービンのコンプレッサ吐出圧力を
測定するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のガスタービン燃料制御装置。