KR20050017291A - An apparatus and method for the reduction of combustion oscillation on low NOx gas turbine combustor with duel combustion chamber - Google Patents

An apparatus and method for the reduction of combustion oscillation on low NOx gas turbine combustor with duel combustion chamber

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KR20050017291A KR1020030055693A KR20030055693A KR20050017291A KR 20050017291 A KR20050017291 A KR 20050017291A KR 1020030055693 A KR1020030055693 A KR 1020030055693A KR 20030055693 A KR20030055693 A KR 20030055693A KR 20050017291 A KR20050017291 A KR 20050017291A
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Abstract

PURPOSE: A combustion vibration reducing device of a low NOx gas turbine combustor with double chambers and a reducing method thereof are provided to prevent mechanical damage of the combustor and unstable operation by restricting combustion vibration in converting into the combustion mode or premixing fuel. CONSTITUTION: The total fuel(3) is supplied through a first fuel distribution valve(4) to a first stage combustion chamber(1) of a low NOx gas turbine combustor(100) as first fuel(5), and second fuel(6) is supplied through a second fuel distribution valve(7) to a second stage combustion chamber(2) as second premixing fuel and third fuel. A combustion vibration sensor(11) is installed in the combustor, and connected to an actuator(12). The actuator is connected and installed to the second fuel distribution valve, and a controller is installed between the actuator and the combustion vibration sensor. The actuator is connected to the controller and to the first fuel distribution valve.

Description

이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감장치와 그 저감방법{An apparatus and method for the reduction of combustion oscillation on low NOx gas turbine combustor with duel combustion chamber}An apparatus and method for the reduction of combustion oscillation on low NOx gas turbine combustor with duel combustion chamber}

본 발명은 산업용 가스터빈 연소기에 관한 것으로, 특히 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx형 가스터빈에서 연소모드 전환중 발생하는 연소진동을 저감하고 예혼합 연소중 발생하는 연소진동을 저감하기 위한 장치와 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an industrial gas turbine combustor, and more particularly, to an apparatus and method for reducing combustion vibration generated during switching of a combustion mode and reducing combustion vibration during premixed combustion in a low NOx type gas turbine composed of a dual combustion chamber. It is about.

주지된 바와 같이 산업용 가스터빈 연소기는 연소 중에 발생하는 연소열의 파동 주기(週期)와 이 때 발생하는 연소음향이 연소기 라이너에 의해 반향(反響)되어 돌아올 때의 음향주기가 결합될 때 연소진동이 발생하는 것으로 알려져 있다.As is well known, industrial gas turbine combustors generate combustion vibrations when a wave period of combustion heat generated during combustion is combined with an acoustic period when the combustion sound generated at this time is reflected back by the combustor liner. It is known.

특히, 최근에는 가스터빈의 Thermal NOx를 저감하고자 연소온도를 낮추기 위해 당량비가 낮은 희박 예혼합연소를 하는 저 NOx 형 연소기가 채용되고 있으며 이 경우 종래 확산화염을 채용하는 연소기에서 연소음향을 흡수하는 역할을 하는 냉각 공기홀이 없거나 축소되어 연소진동이 더욱 잘 발생된다.In particular, in order to reduce thermal NOx of gas turbines, a low NOx type combustor with lean premixed combustion having a low equivalent ratio is employed to lower the combustion temperature. The combustion vibration is more likely to occur due to the absence or reduction of cooling air holes.

이러한 가스터빈 연소기에서 발생되는 연소진동이 제한 값 이상으로 발생하면 가스터빈 하드웨어의 손상을 가져올 수 있으며 안전운전을 저해하게 된다. If the combustion vibration generated in the gas turbine combustor exceeds the limit value, the gas turbine hardware may be damaged and the safe operation may be inhibited.

따라서 가스터빈 운전 중에 연소기에서 발생하는 연소진동을 저감하는 것이 매우 중요하다. Therefore, it is very important to reduce the combustion vibration generated in the combustor during gas turbine operation.

한편, 종래에도 가스터빈의 연소 중에 발생하는 NOx를 저감하기 위해 미국특허 제4,292,801호에서 이중 연소챔버와 이중 연소모드를 갖는 연소기를 제안하였는바, 이 미국특허는 종래의 단일 연료노즐을 갖는 연소기에 비해 NOx 발생이 현저하게 감소되었다. 이 연소기는 처음 1차 연소챔버에서 화염을 형성하다가 1차 연소챔버에 공급되던 연료가 2차 연료로 전환이 되며 이로 인해 1차 연소챔버의 화염이 꺼지게 되고 2차 연소챔버에서 화염이 형성되게 된다. 이어서 다시 1차 연소챔버로 연료가 공급되어 공기와 예혼합된 후 2차 연소챔버에서 발화되어 2차 연료와 함께 연소하게 되어 있다. Meanwhile, in order to reduce NOx generated during combustion of a gas turbine, US Patent No. 4,292,801 has proposed a combustor having a dual combustion chamber and a dual combustion mode, and this US patent discloses a combustor having a single fuel nozzle. In comparison, NOx generation was significantly reduced. The combustor first forms a flame in the primary combustion chamber, and the fuel supplied to the primary combustion chamber is converted into a secondary fuel, which causes the flame in the primary combustion chamber to be turned off and a flame is formed in the secondary combustion chamber. . Subsequently, fuel is supplied to the primary combustion chamber again, premixed with air, and then ignited in the secondary combustion chamber to combust with the secondary fuel.

그리고 미국특허 제4,982,570호는 위의 2차 연소챔버에서 2차 연료노즐을 확산화염과 예혼합화염의 두 가지 타입의 2중 화염을 가질 수 있도록 제안함으로써 2차 연소챔버에서 확산화염용 연료의 비율을 감소시킴으로써 NOx를 더욱 감소시켰다. In addition, U.S. Patent No. 4,982,570 proposes that the secondary fuel nozzle in the secondary combustion chamber can have two types of double flames, a diffusion flame and a premix flame, so that the ratio of the fuel for the diffusion flame in the secondary combustion chamber NOx was further reduced by decreasing

그러나 이 이중 연소챔버로 구성된 연소기는 1차 연소챔버의 확산화염 연소에서 2차 연소챔버 영역의 예혼합 연소모드로 전환하는 과정에서 높은 연소동압이 발생하게 되는데, 이를 억제하기 위해 미국특허 제5,199,265호에서는 연소모드 전환 중에 2차 노즐에 확산화염용 연료가 공급되도록 개발되었으며, 또 다른 미국특허 제5,487,275호에서는 3차 연료노즐을 두어 연소모드 전환 중에 이 노즐로부터 확산화염 연료가 공급되도록 하는 수단을 제안하였다. However, the combustor composed of the dual combustion chamber has a high combustion dynamic pressure in the process of switching from the diffuse flame combustion of the primary combustion chamber to the premixed combustion mode of the secondary combustion chamber region. Was developed to supply fuel for diffusion flame to the secondary nozzle during the combustion mode change, and another US Patent No. 5,487,275 proposes a means for placing the diffusion fuel fuel from the nozzle during the combustion mode change. It was.

도 5는 종래의 발명인 미국특허 제5,487,275호에서 기술한 바와 같은 이중 연소챔버로 구성된 연소기와 연료공급시스템에 대한 개략도이다. 도 5에 있어서 참조부호 1은 1단 연소챔버, 2는 2단 연소챔버, 3은 가스터빈 연소기에 공급되는 총 연료, 4는 1차 연료분배 밸브로써 1단 및 2단 연소챔버에 공급되는 연료분배 비율을 조절하며, 5는 1단 연소챔버 공급 연료, 6은 2단 연소챔버로 공급되는 2차 연료, 7은 2차 연료분배 밸브로써 2차 연소챔버로 공급되는 연료를 예혼합용 연료와 확산화염용 연료로 분배하는 밸브이며, 8은 2차 연료(예혼합용 연료)이며, 9는 3차 연료(확산화염용)로써 연소모드 전환시에만 사용되며 연소모드 전환 시 1차 연료가 전량 3차 연료로 전환되고, 참조부호 10은 벤츄리 목으로써 1단과 2단 연소챔버를 분리하고 2단 연소챔버의 화염이 1단 챔버로 역화되지 않도록 하는 역할을 하도록 되어 있다.5 is a schematic diagram of a combustor and fuel supply system composed of a dual combustion chamber as described in the prior art US Pat. No. 5,487,275. 5, reference numeral 1 denotes a first stage combustion chamber, 2 a second stage combustion chamber, 3 a total fuel supplied to a gas turbine combustor, and 4 a fuel supplied to the first and second stage combustion chambers as a primary fuel distribution valve. The distribution ratio is adjusted, 5 is the first stage combustion chamber feed fuel, 6 is the secondary fuel supplied to the second stage combustion chamber, and 7 is the secondary fuel distribution valve. A valve for distributing fuel for diffusion flames, 8 is a secondary fuel (premixed fuel), 9 is a tertiary fuel (for diffusion oxide), used only when switching the combustion mode, and the total amount of primary fuel is changed when the combustion mode is switched. Converted to tertiary fuel, reference numeral 10 is a venturi neck that separates the first and second stage combustion chambers and serves to prevent the flames of the second stage combustion chamber from flashing back to the first stage chamber.

상기 특허에서는, 저부하에서 연료는 1단 연소챔버 공급연료인 1차 연료(5, 확산화염)와 2차 연료(8, 예혼합용)가 공급되어 연소된다. 출력이 증대되면 저 NOx 연소를 위해 1, 2단 연소챔버 모두 예혼합 연소로 운전하기 위해 연소모드가 변경되는데, 이때 1차 연료분배 밸브(4)가 작동하여 1차 연료(5)를 차단하고 동시에 2차 연료분배 밸브(7)를 동작하여 1차 연료(5)가 3차 연료(9)로 전량 전환되도록 한다.In this patent, at low loads, the fuel is combusted by supplying a primary fuel 5 (diffusion flame) and a secondary fuel 8 (for premixing), which are first stage combustion chamber feed fuels. When the output is increased, the combustion mode is changed to operate the premixed combustion in both the first and second stage combustion chambers for low NOx combustion. At this time, the primary fuel distribution valve 4 is operated to shut off the primary fuel 5 At the same time, the secondary fuel distribution valve 7 is operated so that the primary fuel 5 is converted into the tertiary fuel 9 in its entirety.

이로 인해 1차 연소챔버의 화염이 꺼지게 되며 2차 연소챔버는 3차 확산화염이 형성되며, 그 후 다시 1차 연료분배 밸브가 작동하여 1차 연료를 공급하고 이어서 2차 연료분배 밸브(7)가 작동하여 3차 연료(9)를 차단한다.This turns off the flame of the primary combustion chamber and forms a third diffusion flame in the secondary combustion chamber, after which the primary fuel distribution valve is operated again to supply the primary fuel and then the secondary fuel distribution valve (7). Is activated to shut off the tertiary fuel (9).

그러면 1차 연료는 1차 연소영역에서 예혼합되어 2차 연소챔버에서 2차 연료와 함께 예혼합 연소를 하게 되어 있다.The primary fuel is then premixed in the primary combustion zone to premix combustion with the secondary fuel in the secondary combustion chamber.

그러나 상기와 같은 미국특허 제5,487,275호는 1차 연료가 3차 연료(확산화염용)로 일시에 원활하게 전환하기가 어려워 연소모드 전환 중 발생하는 연소진동을 효과적으로 저감하기가 매우 곤란하였으며, 이 연료 전환시점에 대해 유량해석 프로그램인 프로우 마스터(Flowmaster)를 사용하여 해석한 결과 도 6과 같이 연료의 감소현상이 발생하는 것으로 나타났으며, 실제 가스터빈에서 연소진동이 급증하는 것이 도 7과 같이 관찰되었다. However, US Patent No. 5,487, 275 described above is difficult to smoothly convert the primary fuel into the tertiary fuel (for the diffusion salt) at once, and thus it is very difficult to effectively reduce the combustion vibration generated during the combustion mode conversion. As a result of analysis using Flowmaster, a flow analysis program for the conversion time, it was found that the reduction of fuel occurs as shown in FIG. 6, and that the combustion vibration in the gas turbine is increased as shown in FIG. 7. Was observed.

또한 종래의 발명에서는 상기한 연소기가 고출력에서 예혼합 운전 중에 연소진동이 높게 발생하였을 때 이를 저감하는 수단이 없는 문제점이 있었다. In addition, the conventional invention has a problem that there is no means to reduce the combustion when the combustion vibration is high during the pre-mix operation at a high output.

이에 본 발명에서는 2중 연소챔버로 구성된 종래의 연소시스템에서 연소모드 전환 중에 발생하는 연소진동을 효과적으로 저감하고, 이 연소기가 고출력에서 예혼합화염으로 운전하는 중에 연소진동이 제한값 이상으로 높아질 때 이를 저감하기 위한 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감장치와 그 저감방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention effectively reduces the combustion vibration generated during the switching of the combustion mode in the conventional combustion system composed of the double combustion chamber, and reduces the combustion vibration when the combustion vibration is higher than the limit value while operating the premixed flame at high power. The purpose of the present invention is to provide a combustion vibration reduction device and a method for reducing the combustion of a low NOx gas turbine combustor composed of a dual combustion chamber.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 종래의 2중 연소챔버로 구성된 연소기를 구비한 연소시스템에서 연소모드 전환 중 발생하는 연소진동의 상승을 효과적으로 억제하고자 연소모드 전환 직전에 미리 3차 연료(확산화염용)를 일부 공급하여 연소모드 전환 중에 1단 연소챔버의 1차 연료가 3차 연료로 원활하게 전환하도록 하는 수단과, 연소모드 전환 시 연소진동을 감지하여 연소진동이 상승할 때 연소진동에 비례하여 안정한 3차 연료(확산화염)를 증대시켜 연소진동을 억제할 뿐만 아니라, 또한 상기 연소시스템이 고출력에서 예혼합 운전을 할 때 발생하는 연소진동을 저감하기 위해 연소진동 센서로부터 연소진동을 감지하여 연료밸브를 조정하여 안정한 3차 연료(확산화염)를 공급하거나, 제어기를 구비하여 연소진동과 역상(逆相)인 연소열을 발생시키도록 되어 있다.In order to achieve the above object, in the present invention, in order to effectively suppress the rise of the combustion vibration occurring during the combustion mode switching in a combustion system having a combustor composed of a conventional double combustion chamber, the third fuel (diffusion) is immediately before the combustion mode switching. Means for supplying a part of the flame to smoothly convert the primary fuel of the first stage combustion chamber into the tertiary fuel during the combustion mode changeover, and detecting the combustion vibration during the combustion mode changeover to the combustion vibration when the combustion vibration rises. In addition to suppressing combustion vibrations by increasing proportionally stable tertiary fuels (diffusion oxides), combustion vibrations are also detected from combustion vibration sensors to reduce the combustion vibrations generated when the combustion system is premixed at high power. Control the fuel valve to supply stable tertiary fuel (extended salt), or it is equipped with a controller to It is adapted to generate heat.

이하 본발명을 첨부된 예시 도면에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이해를 돕기 위해 종래의 장치와 동일부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용한다.The same reference numerals are used for the same parts as those of the conventional apparatus for better understanding of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 연소기에서 연소진동을 저감하기 위한 저감장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a reduction apparatus for reducing combustion vibration in a low NOx combustor composed of a double combustion chamber according to the present invention.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 총 연료(3)가 1차 연료분배 밸브(4)를 거쳐 연소기(100)의 1단 연소챔버(1)로 1차 연료(5)가 공급되고 이 연소기(100)의 2단 연소챔버(2)로 2차 연료(6)가 2차 연료분배 밸브(7)를 매개로 예혼합용 2차 연료(8)와 3차 연료(9)로 공급되어 연소되는 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx형 가스터빈 연소기에 있어서, 상기 2차 연료분배 밸브(7)에는 이 연소기(100)에 설치된 연소 진동센서(11)와 연결된 작동기(12)가 연결 설치되어 있다.According to the present invention, as shown in the drawing, the primary fuel 5 is supplied to the first stage combustion chamber 1 of the combustor 100 via the primary fuel distribution valve 4. The secondary fuel 6 is supplied to the secondary fuel 8 and the tertiary fuel 9 for premixing through the secondary fuel distribution valve 7 to the second stage combustion chamber 2 of the combustion chamber 100. In the low NOx type gas turbine combustor composed of a double combustion chamber, the secondary fuel distribution valve 7 is provided with an actuator 12 connected to the combustion vibration sensor 11 installed in the combustor 100.

한편, 도 1에서 참조부호 1은 연소기(100)의 1단 연소챔버, 2는 2단 연소챔버, 3은 가스터빈 연소기에 공급되는 총 연료, 4는 1차 연료분배 밸브로써 1단 및 2단 연소챔버에 공급되는 연료분배 비율을 조절하는 밸브이며, 5는 1단 연소챔버에 공급되는 1차 연료, 6은 2단 연소챔버에 공급되는 2차 연료, 7은 2차 연료분배 밸브로써 총 2단 연료 중 예혼합용 2차 연료와 3차 연료(확산화염용)의 분배비를 조절하는 밸브, 8은 예혼합용 2차 연료, 9는 3차 연료(확산화염용), 10은 벤츄리 목이며 1단과 2단 연소챔버를 분리하고 2단 연소챔버의 화염이 1단 챔버로 역화되지 않도록 하는 역할을 한다. 참조부호 11 은 연소진동을 순시적으로 측정하는 동압센서이며, 작동기(12)는 센서로부터 받은 신호를 증폭하여 연료밸브를 작동시킨다.In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first stage combustion chamber of the combustor 100, 2 a second stage combustion chamber, 3 a total fuel supplied to a gas turbine combustor, and 4 a first stage fuel distribution valve. It is a valve that controls the fuel distribution ratio supplied to the combustion chamber, 5 is the primary fuel supplied to the first stage combustion chamber, 6 is the secondary fuel supplied to the second stage combustion chamber, and 7 is the secondary fuel distribution valve. However, the valve controls the distribution ratio of the pre-mixed secondary fuel and the tertiary fuel (for the diffusion salt), 8 is the secondary fuel for the pre-mix, 9 is the tertiary fuel (for the diffusion salt), and 10 is the venturi neck. It separates the first stage and second stage combustion chambers and prevents the flame of the second stage combustion chamber from being backfired into the first stage chamber. Reference numeral 11 is a dynamic pressure sensor for measuring the combustion vibration instantaneously, the actuator 12 amplifies the signal received from the sensor to operate the fuel valve.

그리고 본 발명은 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx형 가스터빈 연소기에서 연소모드 전환중 발생하는 연소진동을 저감하기 위해 벤츄리 목(10)을 기준으로 1단 연소챔버(1)와 2단 연소챔버(2)를 갖춘 연소기(100)에 총 연료(3)가 1차 연소 분배밸브(4)를 통해 1차 연소챔버 공급용인 1, 2차 연료(5, 6)와 이 2차 연료(6)를 예혼합용 2차 연료(8)와 확산 화염용 3차 연료(9)로 공급되어 연소 진동센서(11)의 신호를 받아 작동기(12)가 2차 연료분배 밸브(7)를 구동시키되, 상기 연소모드 전환 직전에 2차 연소챔버(2)로 공급되는 연료중 3차 연료(9)를 미리 2% 공급하여 1차 연료(5)가 안정된 3차 연료(9)로 원활히 전환함으로써 연소모드 전환시 발생하는 연소진동을 저감하는 방식으로 되어 있다.In addition, the present invention provides a first stage combustion chamber (1) and a second stage combustion chamber (2) based on the venturi neck (10) in order to reduce the combustion vibration occurring during the combustion mode conversion in the low NOx type gas turbine combustor composed of a dual combustion chamber. In the combustor 100 having a total fuel (3) through the primary combustion distribution valve (4), primary and secondary fuels (5, 6) and primary fuel (6) for supplying the primary combustion chamber. The actuator 12 drives the secondary fuel distribution valve 7 by being supplied to the secondary fuel 8 for mixing and the tertiary fuel 9 for diffusion flames and receiving a signal from the combustion vibration sensor 11. When switching the combustion mode by supplying 2% of the tertiary fuel 9 of the fuel supplied to the secondary combustion chamber 2 just before the mode change, and converting the primary fuel 5 into the stable tertiary fuel 9 smoothly. This is to reduce combustion vibration generated.

한편, 저부하에서 연료는 1단 연소챔버 공급연료인 1차 연료(5, 확산화염) 와 에혼합용 2차 연료(8)가 공급되어 연소된다. 출력이 증대되면 저 NOx 연소를 위해 1, 2단 연소챔버(1, 2) 모두 예혼합 연소로 운전하기 위해 연소모드가 변경된다. 이때 1단 연소챔버로 공급되는 1차 연료(5)를 전량 2단 연소챔버(2)의 확산화염용인 3차 연료(9)로 전환되며, 이로 인해 1단 연소챔버(1)에 화염이 꺼진 후, 다시 3차 연료(9)는 1차 연료(5)로 공급되어 1단 연소챔버(1)에서 예혼합된 후 2단 연소챔버(2)에서 연소를 하게 된다. On the other hand, at low load, the fuel is combusted by supplying the primary fuel 5 (diffusion flame), which is the first stage combustion chamber supply fuel, and the secondary fuel 8 for mixing. When the power is increased, the combustion mode is changed to operate both the first and second stage combustion chambers 1 and 2 for premixed combustion for low NOx combustion. At this time, the primary fuel 5 supplied to the first stage combustion chamber is converted into the tertiary fuel 9 for the diffusion flame of the second stage combustion chamber 2, and the flame is turned off in the first stage combustion chamber 1. Afterwards, the tertiary fuel 9 is supplied to the primary fuel 5 and premixed in the first stage combustion chamber 1 to be combusted in the second stage combustion chamber 2.

즉 본 발명의 방법은 종래의 발명과 같으나 본 발명에서는 상기 연소시스템이 연소모드 전환시 연소모드 전환 직전에 2차 연료분배 밸브(7)를 동작하여 확산화염용 3차 연료(9)를 2% 정도 미리 열어서 이 3차 연료공급 배관에 차있는 공기를 밀어내고 연료로 미리 채움으로써 연소모드 전환 시 1차 연료가 3차 연료(9)로 원활하게 전환함으로써 연소진동을 감소시키도록 되어 있다. That is, the method of the present invention is the same as the conventional invention, but in the present invention, the secondary fuel distribution valve 7 is operated immediately before the combustion mode is changed when the combustion system is switched to the combustion fuel. By opening in advance and pushing the air filled in this tertiary fuel supply pipe and prefilling it with fuel, the primary fuel smoothly switches to the tertiary fuel 9 when the combustion mode is switched to reduce the combustion vibration.

그리고 연소모드 전환 시 연소진동을 저감하기 위한 또 다른 수단으로써, 도 1에서 연소모드 전환 중에 연소진동이 증가될 때, 연소 진동센서(11)에서 연소진동을 감지하고 그 신호를 작동기(12)로 보내주며 작동기는 연소진동 신호를 증폭하여 2차 연료분배 밸브(7)를 구동하여 연소진동 크기에 비례하여 안정한 3차 연료(9)를 증대시켜 연소진동을 저감하도록 되어 있다. As another means for reducing combustion vibration during combustion mode switching, when the combustion vibration is increased during the combustion mode switching in FIG. 1, the combustion vibration sensor 11 detects the combustion vibration and sends the signal to the actuator 12. The actuator amplifies the combustion vibration signal to drive the secondary fuel distribution valve 7 to increase the stable third fuel 9 in proportion to the combustion vibration magnitude to reduce the combustion vibration.

한편, 상기의 이중 연소챔버로 구성된 연소시스템이 고출력에서 예혼합 연소 운전을 할 때, 연료 또는 공기 및 기타 연소조건의 변화로 인해 연소 불안정으로 인한 연소진동이 발생하기 쉽다.On the other hand, when the combustion system composed of the dual combustion chambers performs premixed combustion operation at high power, combustion vibrations due to combustion instability are likely to occur due to changes in fuel or air and other combustion conditions.

따라서 본 발명에서 상기와 같은 연소시스템이 고출력으로 예혼합 연소를 하는 중에 발생하는 연소진동을 억제하는 수단을 제공하는바, 예컨대 도 1과 같은 연소시스템에 있어서 이 연소기가 고출력에서 예혼합 연소를 하는 동안 연소진동이 증대되면 연소기에서 발생되는 연소진동을 연소진동 센서(11)에서 감지하고 그 신호를 작동기(12)로 보내주며 작동기는 연소진동 신호를 증폭하여 2차 연료분배 밸브(7)를 구동하여 연소진동 크기에 비례하여 안정한 3차 연료(9)를 증대시켜 연소진동을 저감한다. Accordingly, the present invention provides a means for suppressing the combustion vibration generated during the premixed combustion at high output of the combustion system as described above. For example, in the combustion system as shown in FIG. If the combustion vibration is increased during the combustion vibration, combustion vibration generated from the combustor is sensed by the combustion vibration sensor 11 and the signal is sent to the actuator 12. The actuator amplifies the combustion vibration signal to drive the secondary fuel distribution valve 7. Thus, the stable third fuel 9 is increased in proportion to the size of the combustion vibration, thereby reducing the combustion vibration.

한편 상기 연소시스템에서 고출력으로 예혼합 연소운전 중에 발생하는 연소진동을 억제하기 위한 다른 실시예로써 도 2와 같은 장치가 제안되었는데, 이는 상기의 연소시스템이 예혼합 연소 중에 연소진동을 실시간으로 측정하는 연소 진동센서(11)와, 연소진동 신호와 역상(逆相, 180도 위상차)인 신호를 발생하는 제어기(13)와 2차 연료분배 밸브를 구동시키는 작동기(12)를 구비하고 있다. 이 실시예에서는 연소 진동센서(11)로부터 연소진동이 증대되는 것이 감지되면 이 신호가 제어기(13)로 전달되며, 제어기(13)에서는 이 연소진동에 역상(逆相)이 되는 신호를 발생시켜 작동기(12)에 인가한다. 그러면 상기 작동기(12)는 이 신호를 받아 3차 연료(9)의 밸브를 동작시켜 연소기에서 연소진동에 역상(逆相)이 되는 연소열을 발생시키도록 한다.On the other hand, as another embodiment for suppressing the combustion vibration generated during the premixed combustion operation at high power in the combustion system, the apparatus as shown in FIG. 2 has been proposed, which measures the combustion vibration in real time during the premixed combustion. The combustion vibration sensor 11, the controller 13 which produces | generates the signal which is reverse phase with a combustion vibration signal, and the actuator 12 which drives a secondary fuel distribution valve are provided. In this embodiment, when the combustion vibration sensor 11 detects an increase in the combustion vibration, this signal is transmitted to the controller 13, and the controller 13 generates a signal that is reversed in this combustion vibration. To the actuator 12. The actuator 12 then receives this signal to operate the valve of the tertiary fuel 9 to generate combustion heat that is reversed to the combustion vibration in the combustor.

이와 같이 연소진동에 역상의 연소열을 발생시켜 연소진동을 억제하는 개념은 잘 알려진 Rayleigh 기준에 의한 것이다. 즉 후술하는 식 (1)은 Rayleigh 기준을 표현한 식이며 이 식에서 좌변의 압력과 열방출항으로 구성된 좌변이 우변의 음향 소산(acoustic losses)보다 크면 연소진동을 발생하는 에너지가 증폭되며, 좌변의 열방출 변동()이 음향압력변동(P')과 동상(同相) 일 때, 연소진동이 증폭되는 경향이 있으며 그 반대로, 열방출 변동이 압력변동에 역상(逆相)이면 연소진동이 감쇄되는 경향이 있다.The concept of suppressing combustion vibration by generating reverse heat of combustion in combustion vibration is based on the well-known Rayleigh standard. In other words, Equation (1) to be described later represents the Rayleigh criterion, and when the left side composed of the pressure on the left side and the heat release term is greater than the acoustic losses on the right side, the energy generating combustion vibration is amplified, and the heat emission variation on the left side. ( ) Is in phase with the acoustic pressure fluctuation (P '), the combustion vibration tends to be amplified; on the contrary, if the heat emission fluctuations are in phase with the pressure fluctuation, the combustion vibration tends to be attenuated.

도 4는 이를 그래프로 표현한 것이다. 4 is a graphical representation of this.

예혼합연소 중에 연소진동을 억제하는 또 다른 실시예인 도 3은 상기의 도 2의 실시예에 있어서 연소진동 센서(11)로부터 연소진동이 증대되는 것이 감지되면 이 신호가 제어기(13)로 전달되며 제어기(13)에서는 이 연소진동에 위상을 변화시켜 작동기(12)로 신호를 인가하게 되고, 그러면 이 작동기(12)에서는 이 신호를 받아 1차 연료분배 밸브(4)를 구동시켜 1, 2차 연료 분배비를 조절하여 1차 및 2차 열발생량을 조정하고, 연소열 발생량이 연소진동에 동상(同相)이 되지 않도록 함으로써 연소진동을 저감하도록 되어있다. 3, which is another embodiment of suppressing combustion vibration during premixed combustion, when the combustion vibration is increased from the combustion vibration sensor 11 in the embodiment of FIG. 2, the signal is transmitted to the controller 13. The controller 13 changes the phase of this combustion vibration and applies a signal to the actuator 12. Then, the actuator 12 receives this signal and drives the primary fuel distribution valve 4 to drive the primary and secondary valves. By adjusting the fuel distribution ratio, the primary and secondary heat generation amounts are adjusted, and the combustion vibration generation is reduced by preventing the combustion heat generation amount from becoming in phase with the combustion vibration.

본 발명은 2중 연소챔버로 구성된 종래의 저 NOx 형 연소기에 비해 연소모드 전환 중 발생하는 연소진동을 억제하는 효과가 있다.The present invention has the effect of suppressing the combustion vibration generated during the combustion mode conversion compared to the conventional low NOx type combustor composed of a double combustion chamber.

또한 상기 연소시스템이 고출력에서 예혼합 연소 중에 연소진동이 급격히 상승되는 것을 억제함으로써 연소기의 기계적인 손상이나 출력변동에 의한 불안정 운전을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.In addition, by suppressing the rapid rise of combustion vibration during premixed combustion at high power, the combustion system can obtain the effect of eliminating unstable operation due to mechanical damage or fluctuation of output of the combustor.

도 1은 본 발명에 따른 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 연소기에서 연소진동을 저감하기 위한 장치의 구성도,1 is a block diagram of an apparatus for reducing combustion vibration in a low NOx combustor composed of a double combustion chamber according to the present invention;

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 구성도,2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도,3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention,

도 4는 압력과 열발출량의 위상에 따른 연소 진동변화 그래프,4 is a combustion vibration change graph according to the phase of pressure and heat release amount;

도 5는 종래 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 연소기에서 연소진동을 저감하기 위한 장치의 구성도,5 is a block diagram of an apparatus for reducing combustion vibration in a low NOx combustor composed of a conventional double combustion chamber,

도 6은 종래 장치인 도 5에서 연소모드 전환중 연료 유량분석 그래프,6 is a fuel flow rate analysis graph during combustion mode conversion in FIG.

도 7은 종래 장치인 도 5에서 연소분배 밸브 개도와 연소 진동변화를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a combustion distribution valve opening and combustion vibration change in FIG.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

1 : 1단 연소챔버, 2 : 2단 연소챔버,1: 1 stage combustion chamber, 2: 2 stage combustion chamber,

3 : 총 연료, 4 : 1차 연료분배 밸브,3: total fuel, 4: primary fuel distribution valve,

5 : 1차 연료, 6 : 2차 연료,5: primary fuel, 6: secondary fuel,

7 : 2차 연료분배 밸브, 8 : 예혼합용 2차 연료,7: secondary fuel distribution valve, 8: secondary fuel for premixing,

9 : 3차 연료, 10 : 벤츄리 목,9: tertiary fuel, 10: venturi neck,

11 : 연소 진동센서, 12 : 작동기,11: combustion vibration sensor, 12: actuator,

13 : 제어기.13: controller.

Claims (8)

총연료(3)가 1차 연료분배 밸브(4)를 거쳐 연소기(100)의 1단 연소챔버(1)로 1차 연료(5)가 공급되고 이 연소기(100)의 2단 연소챔버(2)로 2차 연료(6)가 2차 연료분배 밸브(7)를 매개로 예혼합용 2차 연료(8)와 3차 연료(9)로 공급되어 연소되는 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx형 가스터빈 연소기에 있어서, The total fuel 3 is supplied to the first stage combustion chamber 1 of the combustor 100 via the primary fuel distribution valve 4 and the primary fuel 5 is supplied to the second stage combustion chamber 2 of the combustor 100. Low NOx gas consisting of a dual combustion chamber in which the secondary fuel (6) is supplied to the premixed secondary fuel (8) and the tertiary fuel (9) via the secondary fuel distribution valve (7) and combusted. In a turbine combustor, 상기 2차 연료분배 밸브(7)에는 이 연소기(100)에 설치된 연소 진동센서(11)와 연결된 작동기(12)가 연결 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감장치.Combustion of a low NOx gas turbine combustor composed of a double combustion chamber, characterized in that the secondary fuel distribution valve 7 is connected to the actuator 12 connected to the combustion vibration sensor 11 installed in the combustor 100. Vibration reduction device. 제 1항에 있어서, 상기 작동기(12)와 연소 진동센서(11) 사이에는 제어기(13)가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감장치.2. The apparatus for reducing combustion vibration of a low NOx gas turbine combustor as claimed in claim 1, wherein a controller (13) is provided between the actuator (12) and the combustion vibration sensor (11). 제 2항에 있어서, 상기 제어기(13)와 연결된 작동기(12)는 1차 연료분배 밸브(4)에 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감장치.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the actuator (12) connected to the controller (13) is connected to the primary fuel distribution valve (4). 이중 연소챔버로 구성된 저 NOx형 가스터빈 연소기에서 연소모드 전환중 발생하는 연소진동을 저감하기 위해 벤츄리 목(10)을 기준으로 1단 연소챔버(1)와 2단 연소챔버(2)를 갖춘 연소기(100)에 총 연료(3)가 1차 연소분배 밸브(4)를 통해 1차 연소챔버 공급용인 1, 2차 연료(5, 6)와 이 2차 연료(6)를 예혼합용 2차 연료(8)와 확산 화염용 3차 연료(9)로 공급되어 연소 진동센서(11)의 신호를 받아 작동기(12)가 2차 연료분배 밸브(7)를 구동시키되, 상기 연소모드 전환 직전에 2차 연소챔버(2)로 공급되는 연료중 3차 연료(9)를 미리 2% 공급하여 1차 연료(5)가 안정된 3차 연료(9)로 원활히 전환함으로써 연소모드 전환시 발생하는 연소진동을 저감하도록 이루어진 연소챔버로 구성된 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감방법.Combustor equipped with a first stage combustion chamber (1) and a second stage combustion chamber (2) based on the venturi neck (10) to reduce the combustion vibration occurring during the combustion mode change in the low NOx type gas turbine combustor composed of a dual combustion chamber. The secondary fuel (5) and the secondary fuel (6) for premixing the secondary fuel (6) and the secondary fuel (6) for supplying the primary combustion chamber through the primary combustion distribution valve (4). Supplied to the fuel 8 and the tertiary fuel 9 for diffusion flames and receives a signal from the combustion vibration sensor 11, the actuator 12 drives the secondary fuel distribution valve 7, immediately before switching to the combustion mode. Combustion vibration generated when the combustion mode is switched by supplying 2% of the tertiary fuel 9 of the fuel supplied to the secondary combustion chamber 2 in advance and converting the primary fuel 5 into the stable tertiary fuel 9 smoothly. Combustion vibration reduction method of a low NOx gas turbine combustor composed of a combustion chamber configured to reduce the. 제 4항에 있어서, 상기 연소모드 전환 중 연소진동이 증대되면 연소진동 센서(11)로부터 연소진동을 감지하여 작동기(12)에서 연소진동 신호를 증폭하고 2차 연료분배 밸브(7)를 구동하여 연소진동에 비례하여 안정한 3차 연료(9)를 공급하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감방법.The combustion vibration sensor 11 detects combustion vibration from the combustion vibration sensor 11, amplifies the combustion vibration signal in the actuator 12, and drives the secondary fuel distribution valve 7. A method for reducing combustion vibration of a low NOx gas turbine combustor, characterized in that it is provided to supply a stable tertiary fuel (9) in proportion to the combustion vibration. 제 4항에 있어서, 상기 연소기(100)에서 고출력 예혼합연소를 하는 동안 연소기의 연소진동이 증대되면, 그 연소진동을 연소진동 센서(11)에서 감지하고, 작동기(12)는 연소진동 센서(11)로부터 받은 신호를 증폭하고 2차 연료분배 밸브(7)를 구동하여 연소진동 크기에 비례하여 안정된 3차 연료(9)를 증대시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감방법.According to claim 4, If the combustion vibration of the combustor during the high power premixed combustion in the combustor 100, the combustion vibration is detected by the combustion vibration sensor 11, the actuator 12 is a combustion vibration sensor ( 11) amplification of the signal received from the secondary fuel distribution valve (7) to increase the stable third fuel (9) in proportion to the size of the combustion vibration reduced combustion vibration of the low NOx gas turbine combustor, characterized in that Way. 제 4항에 있어서, 상기 연소기(100)의 예혼합연소 운전 중에 연소진동 센서(11)로부터 연소진동이 증대되는 것이 감지되면 이 신호가 제어기(13)로 전달되며 제어기(13)에서는 이 연소진동에 역상(逆相)이 되는 신호를 발생시켜 작동기(12)에 전송하고, 이 작동기(12)에서는 이 신호를 받아 연소진동에 역상(逆相)이 되는 연소열을 발생시키도록 확산화염용 연료를 주기적으로 공급하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감방법.5. The signal according to claim 4, wherein if the combustion vibration is increased from the combustion vibration sensor (11) during the premixed combustion operation of the combustor (100), this signal is transmitted to the controller (13) and the combustion vibration is generated in the controller (13). The fuel for diffusion flames is generated so as to generate a signal in reverse phase to the actuator 12 and transmit the signal to the actuator 12 in order to generate the heat of combustion reverse to the combustion vibration in response to the signal. Combustion vibration reduction method of a low NOx gas turbine combustor, characterized in that configured to supply periodically. 제 4항에 있어서, 상기 연소진동 센서(11)로부터 연소진동이 증대되는 것이 감지되면 이 신호가 제어기(13)로 전달되며 제어기에서는 이 연소진동 신호의 위상과 다른 신호를 발생시켜 작동기(12)에 전송하며, 작동기(12)는 1차 연료분배 밸브(4)를 구동하여 1, 2차 연료분배비를 조절하여 1차 및 2차 연소열의 발생량을 변경하므로써 연소열이 연소기에서 발생하는 연소진동에 동상(同相)이 되지 않도록 조절하는 것을 특징으로 하는 저 NOx 가스터빈 연소기의 연소진동 저감방법.5. The method according to claim 4, wherein if the combustion vibration is increased from the combustion vibration sensor (11), this signal is transmitted to the controller (13) and the controller generates a signal that is different from the phase of the combustion vibration signal to generate an actuator (12). The actuator 12 drives the primary fuel distribution valve 4 to adjust the primary and secondary fuel distribution ratios so as to change the amount of primary and secondary combustion heat generated so that the combustion heat is in phase with the combustion vibration generated in the combustor. A method of reducing combustion vibration of a low NOx gas turbine combustor, characterized in that it is controlled so as not to be in phase.
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