WO2014129458A1 - ガスタービンシステム、ガスタービンの燃焼器制御装置、及びガスタービンの燃焼器制御方法 - Google Patents

ガスタービンシステム、ガスタービンの燃焼器制御装置、及びガスタービンの燃焼器制御方法 Download PDF

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進也 内田
聡介 中村
嘉和 松村
智子 藤井
哲也 矢部
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Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine system, a gas turbine combustor control device, and a gas turbine combustor control method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2013-031186 for which it applied to Japan on February 20, 2013, and uses the content here.
  • a gas turbine combustor is incorporated in a gas turbine plant or a combined cycle power plant, and combustion gas from the gas turbine combustor is introduced into the gas turbine to drive the gas turbine.
  • Patent Document 1 Various techniques relating to such a background are known (for example, see Patent Document 1).
  • the gas turbine system disclosed in Patent Document 1 outputs a first main nozzle control signal based on a predetermined function value according to a load.
  • the second main nozzle function unit outputs a second main nozzle control signal based on a predetermined function value according to the operating state of the gas turbine.
  • the tracking circuit causes the second main nozzle control signal to follow the first main nozzle control signal and outputs a third main nozzle control signal.
  • the pilot nozzle function unit outputs a control signal based on a predetermined function value in order to open and close the pilot nozzle distribution valve in accordance with the third main nozzle control signal, and uses this signal as a pilot nozzle control signal.
  • the control means uses the third main nozzle control signal as a main nozzle control signal.
  • Patent Document 2 Various techniques relating to such a background are known (for example, see Patent Document 2).
  • the gas turbine system described in Patent Document 2 acquires the pilot ratio of the fuel supplied to the combustor.
  • the second information acquisition unit acquires the flow rate of air supplied to the combustor.
  • the target fuel / air ratio acquisition unit has combustion maintenance limit information indicating the relationship between the pilot ratio determined by the stability of the combustion state in the combustor and the fuel / air ratio. Further, the target fuel / air ratio acquisition unit acquires the fuel / air ratio corresponding to the pilot ratio acquired by the first information acquisition unit from the combustion maintenance limit information, and outputs the fuel / air ratio as the target fuel / air ratio.
  • the command creation unit determines the minimum fuel command using the target fuel-air ratio and the air flow rate acquired by the second information acquisition unit.
  • Patent Document 1 tracks the main fuel to a set value and cannot control the timing of turning off during staging, and thus cannot reliably prevent misfire of the combustor.
  • Patent Document 2 Although the technology described in Patent Document 2 can perform stable combustion at the time of load interruption, it is not intended for premixed pilots, and it cannot reliably prevent the combustor misfire because it does not consider the staging of the main nozzle. .
  • the gas turbine system includes a gas turbine and a combustor control device.
  • the gas turbine includes a combustor having a pilot nozzle that injects premixed fuel, and a first main nozzle and a second main nozzle that are provided around the pilot nozzle and inject premixed fuel.
  • the combustor control device includes a load interruption detection unit that detects load interruption of a gas turbine, a pilot nozzle flow rate control unit that increases the amount of premixed fuel supplied to the pilot nozzle based on detection of load interruption, and a load interruption
  • a load interruption detection unit that detects load interruption of a gas turbine
  • pilot nozzle flow rate control unit that increases the amount of premixed fuel supplied to the pilot nozzle based on detection of load interruption
  • a load interruption A first main nozzle flow rate controller that reduces the amount of premixed fuel supplied to the first main nozzle based on the detection of the first main nozzle, and a amount of premixed fuel supplied to the second main nozzle based on the detection of load interruption
  • a second main nozzle flow rate control unit for further reducing the supply amount after a predetermined time has elapsed.
  • the combustor control device may temporarily reduce the flow rate of the first main nozzle based on detection of load interruption.
  • the combustor control device may reduce the amount of premixed fuel supplied to the second main nozzle by using parameters necessary for the flame as an index.
  • the combustor control device decreases the supply amount of the premixed fuel to the second main nozzle to a predetermined amount based on detection of load interruption, and further decreases the supply amount after a predetermined time has elapsed. In this case, a delay time may be set.
  • the combustor control device may include opening adjustment of the inlet guide vane provided in the gas turbine.
  • a combustor control device for a gas turbine includes a load cutoff detection unit that detects a load cutoff of the gas turbine, and supply of premixed fuel for a pilot nozzle based on the detection of the load cutoff. Based on a pilot nozzle flow control unit that increases the amount, a first main nozzle flow control unit that decreases the amount of premixed fuel supplied to the first main nozzle based on detection of load interruption, and on detection of load interruption And a second main nozzle flow rate controller that further reduces the supply amount after a predetermined time has elapsed after reducing the supply amount of the premixed fuel to the second main nozzle to a predetermined amount.
  • a method for controlling a combustor for a gas turbine includes a load cutoff detection stage for detecting a load cutoff of the gas turbine, and supply of premixed fuel for a pilot nozzle based on the detection of the load cutoff. Based on the pilot nozzle flow rate control stage to increase the amount, the first main nozzle flow rate control stage to decrease the supply amount of the premixed fuel to the first main nozzle based on the detection of the load cutoff, and on the basis of the detection of the load cutoff And a second main nozzle flow rate control step of further reducing the supply amount after elapse of a predetermined time after the supply amount of the premixed fuel to the second main nozzle is reduced to a predetermined amount.
  • misfire of the combustor can be reliably prevented.
  • FIG. 1 is a conceptual block configuration diagram of a gas turbine system according to a first embodiment.
  • the gas turbine system 1 includes a gas turbine 10 and a combustor control device 11.
  • the gas turbine 10 includes a combustor 12.
  • the combustor 12 includes a pilot nozzle 13, a first main nozzle 14, and a second main nozzle 15.
  • the combustor control device 11 includes a load cutoff detection unit 16, a pilot nozzle flow rate control unit 17, a first main nozzle flow rate control unit 18, and a second main nozzle flow rate control unit 19.
  • the pilot nozzle 13 injects premixed fuel gas.
  • the first main nozzle 14 injects premixed fuel gas around the pilot nozzle 13. Similar to the first main nozzle 14, the second main nozzle 15 injects premixed fuel gas around the pilot nozzle 13.
  • the load cutoff detection unit 16 detects the load cutoff of the gas turbine 10.
  • the pilot nozzle flow rate control unit 17 increases the supply amount of the premixed fuel gas from the pilot nozzle 13 based on detection of load interruption.
  • the first main nozzle flow rate control unit 18 decreases the supply amount of the premixed fuel gas to the first main nozzle 14 based on the detection of load interruption.
  • the second main nozzle flow rate control unit 19 reduces the supply amount of the premixed fuel gas to the second main nozzle 15 to a predetermined amount based on the detection of load interruption, and then reduces the supply amount after elapse of a predetermined time. Further decrease.
  • the main nozzles are not limited to the first main nozzle 14 and the second main nozzle 15, but may be a plurality including the third main nozzle and the fourth main nozzle. In that case, among the plural groups of main nozzles, control is performed such that several systems are left for rotational speed control and the remaining several systems are decreased with a time difference.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the gas turbine system of the first embodiment.
  • the gas turbine 10 includes a compressor 21 on the intake side of the turbine body 20.
  • the gas turbine 10 includes an inlet guide vane 22 for adjusting the intake air amount on the intake air intake side.
  • a premixed pilot fuel gas passage 23 a diffusion pilot fuel gas passage 24, a first main nozzle fuel gas passage 25, and a second main nozzle fuel gas passage 26 are connected in communication.
  • the combustor 12 is connected to a plurality of top hat fuel gas passages such as a first top hat fuel gas passage 27 and a second top hat fuel gas passage 28.
  • the premixed pilot fuel gas flow path 23 is connected to the premixed combustion pilot pressure regulating valve 29 and the premixed combustion pilot flow regulating valve 30 in communication from the upstream side to the downstream side of the fuel gas.
  • the diffusion pilot fuel gas flow path 24 is connected to the diffusion combustion pilot pressure regulating valve 31 and the diffusion combustion pilot flow regulating valve 32 in communication from the upstream side to the downstream side of the fuel gas.
  • the first main nozzle fuel gas flow path 25 is connected in communication with the first main nozzle pressure regulating valve 33 and the first main nozzle flow regulating valve 34 from the upstream side to the downstream side of the fuel gas.
  • the second main nozzle fuel gas flow path 26 is connected in communication with the second main nozzle pressure regulating valve 35 and the second main nozzle flow regulating valve 36 from the upstream side to the downstream side of the fuel gas.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the combustor in the gas turbine of the first embodiment.
  • the combustor 12 is provided with a pilot nozzle 13 at the center, and three first main nozzles 14 are arranged in the circumferential direction on the outer peripheral side of the pilot nozzle 13.
  • five second main nozzles 15 are arranged in the circumferential direction on the outer peripheral side of the pilot nozzle 13.
  • positioning and the number of each nozzle can be set suitably.
  • FIG. 4 is a schematic circuit diagram of the combustor control device for the gas turbine of the first embodiment.
  • the load cutoff signal during the premix pilot is input to the first switch SW1.
  • the load cutoff signal at the time of the premix pilot is input to the second switch SW1 with the remaining time set by the delay circuit D.
  • the fuel flow rate command calculation signal of the second main nozzle 15 by the normal control is input to the off input of the first switch SW1.
  • the remaining set amount signal is input to the off input of the second switch SW2.
  • the zero signal is input to the on input of the second switch SW2.
  • the second switch SW2 is input to the on input of the first switch SW1.
  • the combustor control device 11 determines the fuel flow rate command to the second main nozzle 15 by the normal control by the first switch SW1. On the other hand, when the load is interrupted, a delay time is set in the delay circuit D, and then the fuel flow rate command to the second main nozzle 15 is determined through the second switch SW2 and the first switch SW1.
  • FIG. 5 is a timing chart for explaining the gas turbine combustor control method according to the first embodiment.
  • the combustor control device 11 detects the load cutoff command.
  • the pilot nozzle flow rate control unit 17 increases the supply amount of the premixed fuel gas from the pilot nozzle 13 by detecting the load cutoff command. Therefore, at the time point t2 after the time point t1, the first main nozzle flow rate control unit 18 decreases the supply amount of the premixed fuel gas to the first main nozzle 14.
  • the second main nozzle flow rate control unit 19 further reduces the supply amount after time t2 when the supply amount of the premixed fuel gas to the second main nozzle 15 is reduced to a predetermined amount. Accordingly, the second main nozzle 15 continues to supply a predetermined amount of fuel gas in a predetermined period. During this time, the flame is held by raising the supply of the premixed pilot fuel gas.
  • the premixed pilot fuel gas is increased and the second main nozzle 15 is not immediately shut off, and a predetermined amount of fuel gas is supplied for a predetermined period. to continue. During this time, the supply of premixed pilot fuel gas is started. Therefore, according to the gas turbine system 1, it is possible to urge the fire transfer from the main system to surely prevent the flame loss of the combustor 12.
  • the supply of a predetermined amount of fuel gas is continued by the second main nozzle 15 for a predetermined period, and the supply of the premixed pilot fuel gas is started during this period. . Therefore, according to the combustor control device 11 of the gas turbine, misfire of the combustor 12 can be prevented by flame holding.
  • the supply of the predetermined amount of fuel gas is continued by the second main nozzle 15 for a predetermined period, and the supply of the premixed pilot fuel gas is started during this period. Therefore, according to the combustor control method of the gas turbine, misfire of the combustor 12 can be prevented by flame holding.
  • FIG. 6 is a timing chart for explaining the combustor control method for the gas turbine of the second embodiment.
  • the gas turbine system 2 of the second embodiment includes a combustor control device 41.
  • the combustor control method of the gas turbine according to the present embodiment increases the premixed pilot fuel gas at the time of load interruption at time t1, and does not immediately shut off the second main nozzle 15, but a predetermined amount of fuel gas in a predetermined period. Continue to supply. Then, the fuel gas supply amount of the first main nozzle 14 is temporarily reduced until time t2 after time t1.
  • the premixed pilot fuel gas is increased, and a predetermined amount of fuel gas is supplied for a predetermined period without immediately shutting off the second main nozzle 15. to continue.
  • the supply of the premixed pilot fuel gas is started, and the fuel gas supply amount of the first main nozzle 14 is temporarily reduced. Therefore, according to the gas turbine system 2, the combustor control apparatus 11 which can suppress the significant increase in the rotation speed of the gas turbine 10 can be provided.
  • the supply of the predetermined amount of fuel gas is continued by the second main nozzle 15 for a predetermined period, and the supply of the premixed pilot fuel gas is started during this period.
  • the fuel gas supply amount of the first main nozzle 14 is temporarily reduced. Therefore, according to the combustor control device 41 of the gas turbine, it is possible to suppress a significant increase in the rotational speed of the gas turbine 10.
  • the supply of the predetermined amount of fuel gas is continued by the second main nozzle 15 for a predetermined period, and during this period, the supply of the premixed pilot fuel gas is started.
  • the fuel gas supply amount of the first main nozzle 14 is temporarily reduced. Therefore, according to the combustor control method for a gas turbine of the present embodiment, a significant increase in the rotational speed of the gas turbine 10 can be suppressed.
  • FIG. 7 is a schematic circuit diagram of a combustor control device for a gas turbine according to a third embodiment.
  • the combustor control device 51 included in the gas turbine system 3 includes a high value monitor HM that sets a threshold value.
  • the combustor control device 51 performs automatic cutting using parameters such as the premixed pilot flame temperature, the premixed pilot fuel flow rate, and the premixed pilot fuel / air ratio, which are important for flame holding, as indexes. Since the flame temperature is difficult to measure directly, an estimated value is calculated using a table from various state quantities such as the passenger compartment temperature, fuel temperature, and fuel-air ratio.
  • the gas turbine system 3 of the third embodiment it is possible to provide the combustor control device 51 that can reliably prevent misfire and can suppress fuel increase at an appropriate timing, thereby suppressing an increase in the rotational speed of the gas turbine 10. .
  • misfire can be reliably prevented and fuel can be cut off at an appropriate timing, so that an increase in the rotational speed of the gas turbine 10 can be suppressed.
  • misfire can be reliably prevented, and fuel can be cut at an appropriate timing, so that an increase in the rotational speed of the gas turbine 10 can be suppressed.
  • FIG. 8 is a schematic circuit diagram of a combustor control device for a gas turbine according to a fourth embodiment.
  • the combustor control device 61 included in the gas turbine system 4 includes a rate limiter RL that sets a rate.
  • the rate limiter RL sets the rate by the output of the switch SW3 for setting the remaining set amount and the output of the switch SW2.
  • FIG. 9 is a timing chart for explaining the gas turbine combustor control method of the fourth embodiment. As shown in FIG. 9, in the gas turbine combustor control method, the remaining set amount is set to decrease stepwise at time t6 and time t7 after time t5.
  • the gas turbine system 4 of the fourth embodiment it is possible to provide the combustor control device 61 that can prevent fuel waste by setting the fuel gas supply amount of the second main nozzle 15 in detail.
  • waste of fuel can be prevented by setting the fuel gas supply amount of the second main nozzle 15 in detail.
  • waste of fuel can be prevented by setting the fuel gas supply amount of the second main nozzle 15 in detail.
  • FIG. 10 is a timing chart for explaining the gas turbine combustor control method according to the fifth embodiment.
  • the gas turbine system 5 of the fifth embodiment includes a combustor control device 71.
  • the gas turbine combustor control method according to the present embodiment adjusts the air flow rate by adjusting the opening degree of the inlet guide vanes 22 together with the combustion side control.
  • the adjustment of the opening degree of the inlet guide vanes 22 can set parameters for dead time and rate.
  • the dead time is set or the rate is slowed down. By doing so, the air flow rate can be increased.
  • the combustor control device 71 that can suppress the maximum rotational speed of the gas turbine 10 can be provided.
  • the air flow rate can be increased and the power of the compressor 21 can be increased, so that the maximum rotational speed of the gas turbine 10 can be suppressed.
  • the air flow rate can be increased and the power of the compressor 21 can be increased, so that the maximum rotational speed of the gas turbine 10 can be suppressed.
  • gas turbine system the gas turbine combustor control device, and the gas turbine combustor control method are not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications and improvements can be made.
  • the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment may be combined.
  • misfire of the combustor can be reliably prevented.

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Abstract

　このガスタービンシステムは、ガスタービン（１０）と、燃焼器制御装置（１１）とを備える。ガスタービン（１０）は、パイロットノズル（１３）と、第一メインノズル（１４）と、第二メインノズル（１５）とを有する燃焼器（１２）を備える。燃焼器制御装置（１１）は、ガスタービン（１０）の負荷遮断を検出する負荷遮断検出部（１６）と、負荷遮断の検出に基づいて、パイロットノズル（１３）の予混合燃料の供給量を増加させるパイロットノズル流量制御部（１７）と、負荷遮断の検出に基づいて、第一メインノズル（１４）への予混合燃料の供給量を減少させる第一メインノズル流量制御部（１８）と、負荷遮断の検出に基づいて、第二メインノズル（１５）への予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に供給量をさらに減少させる第二メインノズル流量制御部（１９）とを有する。

Description

ガスタービンシステム、ガスタービンの燃焼器制御装置、及びガスタービンの燃焼器制御方法
　本発明は、ガスタービンシステム、ガスタービンの燃焼器制御装置、及びガスタービンの燃焼器制御方法に関する。
　本願は、２０１３年２月２０日に、日本に出願された特願２０１３－０３１１８６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガスタービンプラント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組み込まれており、このガスタービン燃焼器からの燃焼ガスをガスタービンに導入してガスタービンを駆動させる。
　このような背景に関する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　特許文献１に記載のガスタービンシステムは、具体的に説明すると、第１のメインノズル関数器は、負荷に応じて所定の関数値に基づく第１のメインノズル制御信号を出力する。第２のメインノズル関数器は、ガスタービンの運転状態に応じて所定の関数値に基づく第２のメインノズル制御信号を出力する。トラッキング回路は、第１のメインノズル制御信号に第２のメインノズル制御信号を追従させ第３のメインノズル制御信号を出力する。
　パイロットノズル関数器は、第３のメインノズル制御信号に応じてパイロットノズル分配弁を開閉動作させるために所定の関数値に基づく制御信号を出力しこの信号をパイロットノズル制御信号とする。制御手段は、第３のメインノズル制御信号をメインノズル制御信号とする。このように、このガスタービンシステムによっては、安定した２段燃焼を行うことができ、負荷遮断時にパイロットノズル分配弁を所定開度としてパイロットノズルの失火を防止できる。
　また、従来、発電所等で使用されるガスタービンでは、圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給し、燃焼器における燃焼に伴う高温の燃焼ガスを利用してタービンを回転させ、発電を行っている。
　このような背景に関する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
　特許文献２に記載のガスタービンシステムは、具体的に説明すると、第１情報取得部は、燃焼器に供給される燃料のパイロット比を取得する。第２情報取得部は、燃焼器に供給される空気流量を取得する。目標燃空比取得部は、燃焼器における燃焼状態の安定性で決まるパイロット比と燃空比との関係を示した燃焼維持限界情報を有する。さらに、目標燃空比取得部は、第１情報取得部によって取得したパイロット比に対応する燃空比を燃焼維持限界情報から取得し、燃空比を目標燃空比として出力する。指令作成部は、目標燃空比と第２情報取得部とによって取得した空気流量とを用いて、最低燃料指令を決定する。このように、このガスタービンシステムによっては、負荷遮断や所内単独等のように負荷が急減する事象が発生した場合でも、燃焼器における燃焼を確実に維持することができる。
特開平０５－１４９５４４号公報 特開２０１１－０８５１０５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術は、メイン燃料を設定値にトラッキングさせるものであり、ステージング時の切タイミングを制御することができないので、燃焼器の失火を確実に防止することができない。
　特許文献２に記載の技術は、負荷遮断時に安定的な燃焼を行えるものの、予混合パイロットを対象としていないばかりか、メインノズルのステージングを考慮していないために燃焼器の失火を確実に防止できない。
　本発明の第１の態様によれば、ガスタービンシステムは、ガスタービンと、燃焼器制御装置とを備える。前記ガスタービンは、予混合燃料を噴射するパイロットノズルと、パイロットノズルの周囲に設けられて予混合燃料を噴射する第一メインノズル及び第二メインノズルとを有する燃焼器を備える。前記燃焼器制御装置は、ガスタービンの負荷遮断を検出する負荷遮断検出部と、負荷遮断の検出に基づいて、パイロットノズルの予混合燃料の供給量を増加させるパイロットノズル流量制御部と、負荷遮断の検出に基づいて、第一メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させる第一メインノズル流量制御部と、負荷遮断の検出に基づいて、第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に供給量をさらに減少させる第二メインノズル流量制御部とを有する。
　前記燃焼器制御装置は、負荷遮断の検出に基づいて、第一メインノズルの流量を一時的に減少させてよい。
　前記燃焼器制御装置は、火炎に必要なパラメータを指標として第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させてよい。
　前記燃焼器制御装置は、負荷遮断の検出に基づいて、第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に該供給量をさらに減少させる際に、遅延時間を設定してよい。
　前記燃焼器制御装置は、ガスタービンに有する入口案内翼の開度調整を含めてよい。
　本発明の第２の態様によれば、ガスタービンの燃焼器制御装置は、ガスタービンの負荷遮断を検出する負荷遮断検出部と、負荷遮断の検出に基づいて、パイロットノズルの予混合燃料の供給量を増加させるパイロットノズル流量制御部と、負荷遮断の検出に基づいて、第一メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させる第一メインノズル流量制御部と、負荷遮断の検出に基づいて、第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に該供給量をさらに減少させる第二メインノズル流量制御部とを備える。
　本発明の第３の態様によれば、ガスタービンの燃焼器制御方法は、ガスタービンの負荷遮断を検出する負荷遮断検出段階と、負荷遮断の検出に基づいて、パイロットノズルの予混合燃料の供給量を増加させるパイロットノズル流量制御段階と、負荷遮断の検出に基づいて、第一メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させる第一メインノズル流量制御段階と、負荷遮断の検出に基づいて、第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に該供給量をさらに減少させる第二メインノズル流量制御段階とを備える。
　なおまた、上記の発明の態様は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。
　上記したガスタービンシステム、ガスタービンの燃焼器制御装置、及びガスタービンの燃焼器制御方法によれば、燃焼器の失火を確実に防止することができる。
第１実施形態のガスタービンシステムの概念ブロック構成図である。 第１実施形態のガスタービンシステムの模式図である。 第１実施形態のガスタービンにおける燃焼器の模式的断面図である。 第１実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置の模式的回路図である。 第１実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。 第２実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。 第３実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置の模式的回路図である。 第４実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置の模式的回路図である。 第４実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。 第５実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態のガスタービンシステムの概念ブロック構成図である。図１に示すように、ガスタービンシステム１は、ガスタービン１０、燃焼器制御装置１１を備える。ガスタービン１０は、燃焼器１２を備える。燃焼器１２は、パイロットノズル１３、第一メインノズル１４、第二メインノズル１５を備える。燃焼器制御装置１１は、負荷遮断検出部１６、パイロットノズル流量制御部１７、第一メインノズル流量制御部１８、第二メインノズル流量制御部１９を備える。
　パイロットノズル１３は、予混合燃料ガスを噴射する。第一メインノズル１４は、パイロットノズル１３の周囲で予混合燃料ガスを噴射する。第二メインノズル１５は、第一メインノズル１４と同様に、パイロットノズル１３の周囲で予混合燃料ガスを噴射する。負荷遮断検出部１６は、ガスタービン１０の負荷遮断を検出する。パイロットノズル流量制御部１７は、負荷遮断の検出に基づいてパイロットノズル１３の予混合燃料ガスの供給量を増加させる。第一メインノズル流量制御部１８は、負荷遮断の検出に基づいて第一メインノズル１４への予混合燃料ガスの供給量を減少させる。第二メインノズル流量制御部１９は、負荷遮断の検出に基づいて第二メインノズル１５への予混合燃料ガスの供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に供給量をさらに減少させる。なお、メインノズルとしては、第一メインノズル１４、第二メインノズル１５に限らず、第三メインノズルや第四メインノズルを含めた複数であってもよい。その場合、複数群のメインノズルのうち、数系統は回転数制御のために残し、残りの数系統は時間差をもって減少させる等の制御を行う。
　図２は、第１実施形態のガスタービンシステムの模式図である。図２に示すように、ガスタービン１０は、タービン本体２０の吸気側に圧縮機２１を備える。ガスタービン１０は、吸気空気の吸入側に吸入空気量を調整するための入口案内翼２２を備える。燃焼器１２は、予混合パイロット燃料ガス流路２３、拡散パイロット燃料ガス流路２４、第一メインノズル燃料ガス流路２５、第二メインノズル燃料ガス流路２６を連通接続している。さらに、燃焼器１２は、第一トップハット燃料ガス流路２７、第二トップハット燃料ガス流路２８等の複数のトップハット燃料ガス流路を連通接続している。
　予混合パイロット燃料ガス流路２３は、燃料ガスの上流側から下流側に向けて、予混合燃焼パイロット圧調弁２９、予混合燃焼パイロット流調弁３０をそれぞれ連通接続している。拡散パイロット燃料ガス流路２４は、燃料ガスの上流側から下流側に向けて、拡散燃焼パイロット圧調弁３１、拡散燃焼パイロット流調弁３２をそれぞれ連通接続している。
　第一メインノズル燃料ガス流路２５は、燃料ガスの上流側から下流側に向けて、第一メインノズル圧調弁３３、第一メインノズル流調弁３４をそれぞれ連通接続している。第二メインノズル燃料ガス流路２６は、燃料ガスの上流側から下流側に向けて、第二メインノズル圧調弁３５、第二メインノズル流調弁３６をそれぞれ連通接続している。
　図３は、第１実施形態のガスタービンにおける燃焼器の模式的断面図である。図３に示すように、燃焼器１２は、中心にパイロットノズル１３を設けており、このパイロットノズル１３の外周側に、３つの第一メインノズル１４を円周方向に並べて設けている。そして、燃焼器１２は、パイロットノズル１３の外周側に、５つの第二メインノズル１５を円周方向に並べて設けている。なお、各ノズルの配置や数は、適宜設定することができる。
　図４は、第１実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置の模式的回路図である。図４に示すように、燃焼器制御装置１１において、予混合パイロット時の負荷遮断信号は、第一スイッチＳＷ１に入力する。また、予混合パイロット時の負荷遮断信号は、ディレイ回路Ｄにより残し時間を設定して第二スイッチＳＷ１に入力する。通常制御による第二メインノズル１５の燃料流量指令算出信号は、第一スイッチＳＷ１のｏｆｆ入力に入力する。残し設定量信号は、第二スイッチＳＷ２のｏｆｆ入力に入力する。ゼロ信号は、第二スイッチＳＷ２のｏｎ入力に入力する。第二スイッチＳＷ２は、第一スイッチＳＷ１のｏｎ入力に入力する。燃焼器制御装置１１は、通常制御による第二メインノズル１５への燃料流量指令を、第一スイッチＳＷ１にて決定する。これに対して、負荷遮断時は、ディレイ回路Ｄにおいて遅延時間を設定してから、第二スイッチＳＷ２及び第一スイッチＳＷ１を通じて第二メインノズル１５への燃料流量指令を決定する。
　図５は、第１実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。図５に示すように、時点ｔ１において負荷遮断指令があると、燃焼器制御装置１１は、負荷遮断指令を検出する。時点ｔ１の以後、負荷遮断指令の検出によりパイロットノズル流量制御部１７は、パイロットノズル１３の予混合燃料ガスの供給量を増加させる。そこで、時点ｔ１の以後の時点ｔ２において、第一メインノズル流量制御部１８は、第一メインノズル１４への予混合燃料ガスの供給量を減少させる。そして、第二メインノズル流量制御部１９は、第二メインノズル１５への予混合燃料ガスの供給量を所定量まで減少させた時点ｔ２の以後に供給量をさらに減少させる。これにより、第二メインノズル１５は、所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続ける。そして、この間に、予混合パイロット燃料ガスの供給を立ち上げることにより保炎する。
　第１実施形態のガスタービンシステム１によれば、負荷遮断時に、予混合パイロット燃料ガスを増加させるとともに第二メインノズル１５を即時に遮断せずに所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続ける。そして、この間に、予混合パイロット燃料ガスの供給を立ち上げる。従って、ガスタービンシステム１によれば、メイン系統からの火移りを促して燃焼器１２の失炎を確実に防止することができる。
　第１実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置１１によれば、第二メインノズル１５により所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続け、この間に、予混合パイロット燃料ガスの供給を立ち上げる。従って、ガスタービンの燃焼器制御装置１１によれば、保炎により燃焼器１２の失火を防止できる。
　第１実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法によれば、第二メインノズル１５により所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続け、この間に、予混合パイロット燃料ガスの供給を立ち上げる。従って、ガスタービンの燃焼器制御方法によれば、保炎により燃焼器１２の失火を防止できる。
　［第２実施形態］
　次に、第２実施形態について図６を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図６は、第２実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。図６に示すように、第２実施形態のガスタービンシステム２は燃焼器制御装置４１を備える。本実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法は、時点ｔ１における負荷遮断時に、予混合パイロット燃料ガスを増加させるとともに第二メインノズル１５を即時に遮断せずに所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続ける。そして、時点ｔ１の以後の時点ｔ２までの間において、第一メインノズル１４の燃料ガス供給量を一時的に絞る。
　第２実施形態のガスタービンシステム２によれば、負荷遮断時に、予混合パイロット燃料ガスを増加させるとともに第二メインノズル１５を即時に遮断せずに所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続ける。そして、この間に、予混合パイロット燃料ガスの供給を立ち上げ、第一メインノズル１４の燃料ガス供給量を一時的に絞る。従って、ガスタービンシステム２によれば、ガスタービン１０の回転数の大幅な増大を抑制することができる燃焼器制御装置１１を備えることができる。
　第２実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置１１によれば、第二メインノズル１５により所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続け、この間に、予混合パイロット燃料ガスの供給を立ち上げ、第一メインノズル１４の燃料ガス供給量を一時的に絞る。従って、ガスタービンの燃焼器制御装置４１によれば、ガスタービン１０の回転数の大幅な増大を抑制することができる。
　第２実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法によれば、第二メインノズル１５により所定の期間において所定量の燃料ガスの供給を続け、この間に、予混合パイロット燃料ガスの供給を立ち上げ、第一メインノズル１４の燃料ガス供給量を一時的に絞る。従って、本実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法によれば、ガスタービン１０の回転数の大幅な増大を抑制することができる。
　［第３実施形態］
　次に、第３実施形態について図７を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図７は、第３実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置の模式的回路図である。図７に示すように、ガスタービンシステム３に有する燃焼器制御装置５１は、閾値を設定する高値モニタＨＭを備える。燃焼器制御装置５１は、保炎に重要な、予混合パイロット火炎温度、予混パイロット燃料流量、予混パイロット燃空比等のパラメータを指標として自動切りを実施する。なお、火炎温度は直接測りにくいので、車室温度、燃料温度、燃空比等の各種状態量からのテーブルで推定値を算出する。
　第３実施形態のガスタービンシステム３によれば、失火を確実に防止でき、かつ、適切なタイミングで燃料切りできるのでガスタービン１０の回転数上昇を抑制できる燃焼器制御装置５１を備えることができる。
　第３実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置５１によれば、失火を確実に防止でき、かつ、適切なタイミングで燃料切りできるのでガスタービン１０の回転数上昇を抑制できる。
　第３実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法によれば、失火を確実に防止でき、かつ、適切なタイミングで燃料切りできるのでガスタービン１０の回転数上昇を抑制できる。
　［第４実施形態］
　次に、第４実施形態について図８を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図８は、第４実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置の模式的回路図である。図８に示すように、ガスタービンシステム４に有する燃焼器制御装置６１は、レートを設定するレートリミッタＲＬを備える。レートリミッタＲＬは、残し設定量を設定するためのスイッチＳＷ３の出力と、スイッチＳＷ２の出力とによりレートを設定する。
　図９は、第４実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。図９に示すように、ガスタービンの燃焼器制御方法では、残し設定量は、時点ｔ５の以後の、時点ｔ６、時点ｔ７において段階的に減少するように設定する。
　第４実施形態のガスタービンシステム４によれば、第二メインノズル１５の燃料ガス供給量を詳細に設定することにより燃料の無駄を防止できる燃焼器制御装置６１を備えることができる。
　第４実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置６１によれば、第二メインノズル１５の燃料ガス供給量を詳細に設定することにより燃料の無駄を防止できる。
　第４実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法によれば、第二メインノズル１５の燃料ガス供給量を詳細に設定することにより燃料の無駄を防止できる。
　［第５実施形態］
　次に、第５実施形態について図１０を参照しながら説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図１０は、第５実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法を説明するタイミングチャートである。図１０に示すように、第５実施形態のガスタービンシステム５は燃焼器制御装置７１を備える。本実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法は、燃焼側の制御とともに入口案内翼２２の開度を調整して空気流量を調整する。ここで、入口案内翼２２の開度の調整は、無駄時間、レートをパラメータ設定できる。例えば、図１０に仮想線で示したように、入口案内翼を機械的な最大速度で閉めた場合と比べて、時点ｔ１において負荷遮断があった後に、無駄時間を設定したり、レートを遅くしたりすることにより、空気流量を増加できる。
　第５実施形態のガスタービンシステム５によれば、空気流量を増やし、圧縮機２１の動力を増やせるのでガスタービン１０の最大回転数を抑制できる燃焼器制御装置７１を備えることができる。
　第５実施形態のガスタービンの燃焼器制御装置７１によれば、空気流量を増やし、圧縮機２１の動力を増やせるのでガスタービン１０の最大回転数を抑制できる。
　第５実施形態のガスタービンの燃焼器制御方法によれば、空気流量を増やし、圧縮機２１の動力を増やせるのでガスタービン１０の最大回転数を抑制できる。
　なお、ガスタービンシステム、ガスタービンの燃焼器制御装置、及びガスタービンの燃焼器制御方法は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
　例えば、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、及び第５実施形態の一部または全部を組み合わせてもよい。
　上記したガスタービンシステム、ガスタービンの燃焼器制御装置、及びガスタービンの燃焼器制御方法によれば、燃焼器の失火を確実に防止することができる。
　１　　ガスタービンシステム
　２　　ガスタービンシステム
　３　　ガスタービンシステム
　４　　ガスタービンシステム
　５　　ガスタービンシステム
　１０　　ガスタービン
　１１　　燃焼器制御装置
　１３　　パイロットノズル
　１４　　第一メインノズル
　１５　　第二メインノズル
　１６　　負荷遮断検出部
　１７　　パイロットノズル流量制御部
　１８　　第一メインノズル流量制御部
　１９　　第二メインノズル流量制御部
　４１　　燃焼器制御装置
　５１　　燃焼器制御装置
　６１　　燃焼器制御装置
　７１　　燃焼器制御装置

Claims (7)

  1. 　予混合燃料を噴射するパイロットノズルと、
    　前記パイロットノズルの周囲に設けられて予混合燃料を噴射する第一メインノズル及び第二メインノズルと
    　を有する燃焼器を備えたガスタービンと、
    　前記ガスタービンの負荷遮断を検出する負荷遮断検出部と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、前記パイロットノズルの予混合燃料の供給量を増加させるパイロットノズル流量制御部と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、前記第一メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させる第一メインノズル流量制御部と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、前記第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に前記供給量をさらに減少させる第二メインノズル流量制御部と
    　を有する燃焼器制御装置と
    　を備えるガスタービンシステム。
  2. 　前記燃焼器制御装置は、前記負荷遮断の検出に基づいて、前記第一メインノズルの流量を一時的に減少させる
    　請求項１に記載のガスタービンシステム。
  3. 　前記燃焼器制御装置は、火炎に必要なパラメータを指標として前記第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させる
    　請求項１に記載のガスタービンシステム。
  4. 　前記燃焼器制御装置は、前記負荷遮断の検出に基づいて、前記第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に該供給量をさらに減少させる際に、遅延時間を設定する
    　請求項１に記載のガスタービンシステム。
  5. 　前記燃焼器制御装置は、前記ガスタービンに有する入口案内翼の開度調整を含める
    　請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
  6. 　ガスタービンの負荷遮断を検出する負荷遮断検出部と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、パイロットノズルの予混合燃料の供給量を増加させるパイロットノズル流量制御部と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、第一メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させる第一メインノズル流量制御部と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に該供給量をさらに減少させる第二メインノズル流量制御部と
    　を備えるガスタービンの燃焼器制御装置。
  7. 　ガスタービンの負荷遮断を検出する負荷遮断検出段階と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、パイロットノズルの予混合燃料の供給量を増加させるパイロットノズル流量制御段階と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、第一メインノズルへの予混合燃料の供給量を減少させる第一メインノズル流量制御段階と、
    　前記負荷遮断の検出に基づいて、第二メインノズルへの予混合燃料の供給量を所定量まで減少させた後、予め定めた時間の経過後に該供給量をさらに減少させる第二メインノズル流量制御段階と
    　を備えるガスタービンの燃焼器制御方法。
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