WO2015097861A1 - 燃焼制御装置、燃焼システム、燃焼制御方法及びプログラム - Google Patents

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staging
flashback
combustion
unit
load
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PCT/JP2013/085104
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勇一朗 木村
敏彦 齋藤
赤松　真児
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三菱重工業株式会社
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    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
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    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/28—Fail safe preventing flash-back or blow-back

Definitions

  • the present invention relates to a combustion control device, a combustion system, a combustion control method, and a program.
  • gas turbine combustion systems employ a premixed combustion system to reduce NOx.
  • a gas turbine combustion system has an arrangement structure of one diffusion combustion pilot nozzle at the center and a plurality of premixing nozzles (main nozzles) for premixing combustion around it.
  • a combustion system that analyzes whether or not a backflow flame (backfire) is generated using a backfire analyzer (see Patent Document 1).
  • backfire backflow flame
  • the combustion system stops the premixed combustion by the main fuel, and injects the main fuel from the pilot fuel nozzle as the switching fuel.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a combustion control device, a combustion system, and a combustion that can alleviate the burden on the device in the return and stop processing when flashback occurs. To provide a control method and a program.
  • a combustion control device is used in a combustion system, and includes a staging including a main fuel nozzle in which the flashback is generated based on a detection signal from a flashback detection unit that detects flashback.
  • a combustion control device for stopping fuel supply to a block, based on a staging pattern that defines an operation line indicating a correspondence relationship between a load amount of the combustion system and a fuel supply amount to each of the staging blocks,
  • the detection signal is input from the staging processing unit that instructs fuel supply to each staging block or its stop and the flashback detection unit, fuel supply to the staging block corresponding to the flashback detection unit is performed.
  • a load adjustment unit that performs a process of reducing the load amount to a level to be stopped.
  • the load adjusting unit performs a process of reducing the load amount to a different level for each staging block in which fuel supply stops. .
  • the combustion control device in the combustion control device according to the first or second aspect, when the load adjusting unit disappears after the process of reducing the load amount, the flashback disappears. Further, the combustion system is stopped by further reducing the load.
  • the flashback disappears. Again, the load amount is increased to resume normal operation of the combustion system.
  • the apparatus further comprises a failure determination unit that determines from a state quantity of the system, and the load adjustment unit determines that the flashback has disappeared and the combustion system has not failed after the process of reducing the load amount. In this case, the load amount is increased again to resume normal operation of the combustion system.
  • the failure determination unit acquires the transition of the state quantity acquired before the occurrence of the flashback and the occurrence after the occurrence of the flashback. Based on the transition of the state quantity, it is determined whether or not the combustion system has failed due to the flashback.
  • the staging processing unit performs the flash by performing a process of reducing the load amount by the load adjustment unit.
  • a staging block in which the fuel supply is stopped and a staging in which the fuel supply is performed and the combustion process is continued when the operating state at the time when the back disappears is out of the operation line defined by the staging pattern The process of switching the fuel supply destination to the block is performed.
  • the staging processing unit performs the flash by performing a process of reducing the load amount by the load adjustment unit.
  • One is selected from a plurality of different staging patterns according to the operation state at the time when the bag disappears, and the fuel supply to each staging block is instructed or stopped based on the selected staging pattern.
  • a combustion system includes the combustion control device according to any one of the first to eighth aspects, a pilot fuel nozzle that extends along an axis and is supplied with pilot fuel, A plurality of staging blocks that extend in parallel to the axis and are provided around the pilot fuel nozzles and are configured by one or more sets of main fuel nozzles to which main fuel is supplied, and each of the plurality of staging blocks A combustor having a plurality of correspondingly provided backfire detecting units for detecting flashback generated in at least one main fuel nozzle constituting the corresponding staging block.
  • the flashback detection unit is provided for each pair of the main fuel nozzles, and the flashback generated in the pair. Is arranged to be detectable.
  • a combustion control method is used in a combustion system, and includes a main fuel nozzle in which the flashback is generated based on a detection signal from a flashback detection unit that detects flashback.
  • a combustion control method for stopping fuel supply to a block wherein a staging processing unit defines an operation line indicating a correspondence relationship between a load amount of the combustion system and a fuel supply amount to each of the staging blocks Based on the pattern, the staging corresponding to the flashback detection unit is instructed when the load adjustment unit inputs the detection signal from the flashback detection unit, instructing the fuel supply to each staging block or stopping thereof. The load amount is reduced to a level at which fuel supply to the block is stopped.
  • a program is used in a combustion system to a staging block including a main fuel nozzle in which the flashback has occurred based on a detection signal from a flashback detection unit that detects flashback.
  • the computer of the combustion control device that stops the fuel supply of the staging is performed based on the staging pattern that defines the operation line indicating the correspondence between the load amount of the combustion system and the fuel supply amount to each of the staging blocks.
  • the detection signal is input from the staging processing means for instructing or stopping the fuel supply to each block or the flashback detection unit, the fuel supply to the staging block corresponding to the flashback detection unit is stopped.
  • Function as load adjustment means for performing processing to reduce the load amount to a level
  • combustion control device combustion system, combustion control method, and program, it is possible to reduce the burden on the device in the return and stop processing when flashback occurs.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of the combustion system according to the first embodiment.
  • the combustion system 1 according to the first embodiment includes a combustion control device 10, a combustor 2, and a fuel adjustment unit 5.
  • the combustion system 1 is a device that generates power by burning fuel such as kerosene and natural gas.
  • the combustion system 1 can rotate the turbine 6 with the generated power and generate electric power through the generator 7.
  • the combustion control device 10 is a functional unit that manages the operation of the entire combustion system 1, controls the fuel supply to the combustor 2 based on a predetermined staging pattern (described later), and responds to the required turbine load L.
  • the output of the combustor 2 is controlled.
  • the combustor 2 actually heats the supplied fuel to generate thermal energy.
  • the combustor 2 employs a premixed combustion method for the purpose of reducing NOx emissions, and a pilot fuel nozzle 3a that performs diffusion combustion by injecting pilot fuel into a combustion chamber, together with the main fuel and combustion air. And a plurality of main fuel nozzle groups 3 that perform premix combustion by mixing.
  • the combustor 2 is configured to supply fuel to each of two fuel supply systems (A system and B system) to the main fuel nozzle group 3 (see FIG. 2).
  • the fuel adjustment unit 5 adjusts the fuel supply amount to the combustor 2 in accordance with a control signal from the combustion control device 10.
  • the fuel adjusting unit 5 is a flow rate adjusting valve provided at various points of piping constituting, for example, a fuel supply system (A system, B system, etc. (FIG. 1)).
  • the fuel adjustment unit 5 can independently adjust the fuel supply amount through each of the A system and the B system.
  • the combustion control device 10 can independently control the fuel supply amount through the A system and the fuel supply amount through the B system by outputting a desired control signal to the fuel adjusting unit 5.
  • the combustor 2 includes a plurality of flashback detection units 40, 41,.
  • the flashback detection units 40, 41,... Detect flashback (backfire phenomenon) that occurs in the main fuel nozzle group 3.
  • the flashback is a phenomenon in which the flame goes back upstream (see FIG. 2).
  • Premixed combustion in which premixed gas is burned, has a narrow stable combustion range, and the position where a flame is formed moves upstream due to changes in flow velocity and fuel-air ratio caused by changes in the flow rate of the premixed gas.
  • a fire phenomenon can occur.
  • the flashback detection units 40, 41,... Detect the occurrence of this flashback and output a detection signal to the combustion control device 10. Specifically, the flashback detection units 40, 41,...
  • Detect the occurrence of flashback for example, by acquiring a flame emission spectrum through optical detection means (such as an optical fiber).
  • optical detection means such as an optical fiber.
  • the flashback detection units 40, 41,... May detect the occurrence of flashback by means other than the above (for example, a temperature sensor).
  • the combustion control device 10 includes a staging processing unit 100, a load adjustment unit 101, an occurrence location specifying unit 102, and a storage unit 103 in which a predetermined staging pattern SP is stored.
  • the staging processing unit 100 supplies or stops fuel to each of the main fuel nozzle groups 3 (staging blocks 3A and 3B described later) based on the staging pattern SP stored in the storage unit 103 in advance with respect to the fuel adjustment unit 5. Instruct.
  • the load adjusting unit 101 stops the fuel supply to the staging blocks 3A and 3B in which the flashback has occurred. Performs processing to reduce the load to the level.
  • the occurrence location specifying unit 102 corresponds to the flashback detection units 40, 41,.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the combustor according to the first embodiment.
  • the combustor 2 includes a pilot fuel nozzle 3 a having a cone extending along the axis 20 to combust pilot fuel and form a diffusion flame.
  • a plurality of main fuel nozzle groups 3 that form a premixed gas of main fuel and combustion air and eject it to form a premixed flame extend parallel to the axis 20. Is done.
  • the combustion temperature is controlled by the combustion of the premixed gas, and the temperature of the exhausted combustion gas is increased.
  • the combustor 2 forms a cone-shaped diffusion flame in the combustion chamber S during normal operation, but the flame goes back to the tip of the main fuel nozzle group 3 when a back flush occurs (FIG. 2).
  • the main fuel is supplied from the main fuel supply port 21 and the pilot fuel is supplied from the pilot fuel supply port 22. Further, the main fuel is supplied for each predetermined main fuel nozzle group 3 (for each staging block) by two fuel supply systems (see FIG. 3).
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the structure of the main fuel nozzle group and the flashback detection unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 schematically shows the pilot fuel nozzle 3a and the main fuel nozzle group 3 in FIG. 2 as viewed from the front (in the direction along the axis 20).
  • the main fuel nozzle group 3 (eight main fuel nozzles 30 to 37) is arranged circumferentially around a central pilot fuel nozzle 3a.
  • the three main fuel nozzles 30, 31, and 32 constitute a staging block 3A to which fuel is supplied through the above-described A system, and the remaining five main fuel nozzles 33 to 37 are fueled through the B system.
  • Constitutes a staging block 3B That is, each of the main fuel nozzles 30 to 37 is configured to be ignited by supplying fuel to each of the staging blocks 3A and 3B.
  • the combustor 2 includes a plurality of flashback detection units 40, 41,..., 44, and the flashback detection units 40 to 44 include a plurality of main fuel nozzles.
  • the staging blocks 3A and 3B composed of 30 to 37 are provided correspondingly.
  • the flashback detection unit 40 shown in FIG. 3 is provided between the main fuel nozzle 30 and the main fuel nozzle 31, and when a flashback occurs in the main fuel nozzles 30, 31, the detection signal is subjected to combustion control. Output to the device 10.
  • the flashback detection unit 42 is provided between the main fuel nozzle 33 and the main fuel nozzle 34, and when a flashback occurs in the main fuel nozzles 33, 34, a detection signal is sent to the combustion control device 10.
  • the occurrence location identifying unit 102 determines which flashback has been received by determining which flashback detection unit 40 to 44 has received the detection signal.
  • the staging block 3B can be specified. For example, when a detection signal is input from the flashback detection unit 40 or the flashback detection unit 41, the combustion control device 10 generates a backflush at any of the main fuel nozzles 30, 31, 32 belonging to the staging block 3A. Can be recognized. As shown in FIG. 3, the flashback detection units 40 to 44 are provided for each pair of main fuel nozzles 30 to 37, and are arranged so that flashback generated in the pair can be detected. Thus, the number of backfire detection units 40 to 44 can be reduced.
  • the arrangement of the flashback detection units 40 to 44 is not limited to the mode shown in FIG. 3.
  • the reverse-fire detection units 40 to 44 are reversed so as to correspond to the main fuel nozzles 30, 31,.
  • the aspect provided with the fire detection parts 40, 41, ... may be sufficient.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a staging pattern according to the first embodiment.
  • the staging pattern SP stored in the storage unit 103 is a program that defines an operation line indicating a correspondence relationship between the load amount to the combustion system 1 and the fuel supply amount to each of the staging blocks 3A and 3B.
  • a state in which operation (fuel supply) is performed in accordance with the staging pattern SP is expressed as “on the driving line” or the like, and a state in which operation is not performed in accordance with the staging pattern SP is referred to as “operation”. "I am out of line.”
  • the staging processing unit 100 performs fuel supply according to the turbine load L based on the staging pattern SP.
  • the staging processing unit 100 first supplies fuel to the A system based on the staging pattern SP, and performs the combustion processing in the staging block 3A.
  • the fuel supply amount to the A system is Pa1.
  • the load L reaches from L1 to L2 (L1 ⁇ L2), the fuel supply destination is switched to the B system, and the combustion process in the staging block 3B is performed.
  • the combustion system 1 determines the fuel supply amount to the A system and the B system, and consequently the combustion amount in the staging blocks 3A and 3B, in accordance with the increase in the turbine load L, as a predetermined staging pattern SP.
  • the combustion system 1 is operated based on the above.
  • 5A and 5B are first and second diagrams illustrating functions of the combustion control device according to the first embodiment.
  • 5A and 5B the time transition of the detection signal output from any of the backfire detection units 40 to 44 (FIG. 3) is shown in the upper part, and the turbine load L by the load adjusting part 101 is shown in the lower part of FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 5A As an example of a case where flashback occurs in any of the main fuel nozzles 30, 31, 32 (FIG. 3) belonging to the staging block 3A at a certain time t during operation of the combustion system 1. While explaining.
  • one of the flashback detection units 40 and 41 outputs a detection signal exceeding a predetermined threshold TH (see the upper part of FIG. 5A).
  • the occurrence location specifying unit 102 to which a detection signal exceeding the threshold TH is input determines that the flashback has occurred in the staging block 3A (A system) in response to the output source being the backfire detection unit 40 or 41.
  • the load adjustment unit 101 is notified of this.
  • the load adjusting unit 101 immediately performs a process of reducing the turbine load L to L2 in order to stop the fuel supply to the staging block 3A (see the lower stage of FIG. 5A).
  • the staging processing unit 100 receives the turbine load L reduction process and immediately supplies fuel according to the reduced turbine load L2.
  • the staging processing unit 100 sets the fuel supply to the B system to Pb2 and the fuel supply to the A system to zero (stop) based on the staging pattern SP (FIG. 4).
  • the process of immediately stopping the fuel supply to the system A is performed, and the combustion in the staging block 3A can be stopped.
  • flashback occurs in any of the main fuel nozzles 33 to 37 (FIG. 3) belonging to the staging block 3B at a certain time t
  • the occurrence location specifying unit 102 to which the detection signal exceeding the threshold TH is input receives that the output source is one of the backfire detection units 42, 43, and 44, and the flashback is performed in the staging block 3B (B system).
  • the load adjustment unit 101 is notified of the fact. Then, the load adjusting unit 101 immediately performs a process of reducing the turbine load L to L1 in order to stop the fuel supply to the staging block 3B (see the lower stage of FIG. 5B).
  • the staging processing unit 100 receives the turbine load L reduction process and immediately supplies fuel according to the reduced turbine load L1. Specifically, the staging processing unit 100 sets the fuel supply to the A system to Pa1 and the fuel supply to the B system to zero (stop) based on the staging pattern SP (FIG. 4). As a result, immediately after the flashback occurs in the staging block 3B, the process of immediately stopping the fuel supply to the B system is performed, and the combustion in the staging block 3B can be stopped.
  • the load adjustment unit 101 performs the process of reducing the load amount to a different level (L1, L2) for each of the staging blocks 3A, 3B in which the fuel supply is stopped based on the operation line defined by the staging pattern SP.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the processing flow of the combustion control device according to the first embodiment.
  • the processing flow shown in FIG. 6 is started during normal operation of the combustion system 1, that is, when combustion is normally performed in the combustion chamber S (FIG. 2) by fuel supply.
  • the occurrence location identifying unit 102 (FIG. 1) of the combustion control device 10 monitors the detection signals from the backfire detection units 40 to 44 (FIG. 3) and determines whether or not the detection signals exceed the threshold value TH.
  • occurrence of flashback in the main fuel nozzle group 3 is detected (step S10).
  • step S10: NO the occurrence location identifying unit 102 continues to monitor the detection signal.
  • the combustion control device 10 immediately proceeds to the processing after step S11 for removing the flashback.
  • the occurrence location identifying unit 102 detects the occurrence of flashback, it identifies the flashback detection units 40 to 44 that output detection signals exceeding the threshold value TH, so that the flashback is detected in any staging block. It is determined whether it has occurred (step S11).
  • the load adjusting unit 101 receives a signal indicating that from the occurrence location identifying unit 102, and the turbine load A process of lowering L to L2 is performed. Then, the staging processing unit 100 stops the fuel supply to the staging block 3A via the A system according to the change of the turbine load L to L2 (see step S12a, FIG. 4).
  • step S11 determines that the flashback has occurred in the staging block 3B (step S11: NO)
  • the load adjusting unit 101 receives a signal indicating that from the occurrence location specifying unit 102, A process of lowering the turbine load L to L1 is performed.
  • the staging processing unit 100 stops the fuel supply to the staging block 3B via the B system according to the change of the turbine load L to L1 (step S12a, see FIG. 4).
  • the occurrence location specifying unit 102 continuously monitors the detection signals from the flashback detection units 40 to 44, and determines whether or not the flashback has disappeared reliably after the process of step S12a or step S12b. (Step S13).
  • the load adjusting unit 101 gradually increases the turbine load L. The fuel supply on the side of the staging blocks 3A, 3B that continues to burn is gradually reduced and stopped (step S14).
  • the load adjusting unit 101 further reduces the load amount and performs the stop process of the own apparatus, so that the combustion system 1 can perform a normal operation line without performing a trip (a sudden stop of combustion in an emergency). You can safely stop while riding.
  • the occurrence location specifying unit 102 determines that the flashback has not disappeared after the processing of step S12a or step S12b (step S13: NO)
  • all fuel supply is performed as an emergency combustion stop means. Is immediately shut off and a trip is performed (step S15).
  • the combustion system 1 when the flashback occurs, the combustion system 1 according to the present embodiment immediately identifies the occurrence location (step S11) and partially stops the fuel supply (steps S12a and S12b). . When it is detected that the fuel supply has been partially stopped and the flashback has been properly lost, the combustion system 1 safely stops the combustion process by the remaining part to confirm the safety of the device (step S14). . As described above, according to the combustion system 1, even when a flashback occurs, the own apparatus can be safely stopped without performing a trip. Therefore, the return and stop processing when the flashback occurs Thus, the burden on the combustion system 1 itself can be reduced, and as a result, the lifetime of the apparatus can be improved. It is known that when a trip that is an extremely rapid stop process is performed, wear and durability deterioration of the apparatus progress with a rapid temperature change, thereby deteriorating the life of the apparatus.
  • the combustion system 1 partially stops the fuel supply by appropriately adjusting only the turbine load L according to the staging block where the flashback has occurred under the processing of the load adjustment unit 101. To recover from the flashback occurrence state. Thereby, the process at the time of flashback occurrence is simplified, and the reliability of the entire control system of the combustion system 1 can be improved.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of the combustion system according to the second embodiment.
  • the combustion system 1 according to the second embodiment includes a combustion control device 10, a combustor 2, and a fuel adjustment unit 5, as in the first embodiment (FIG. 1).
  • symbol is attached
  • the combustion system 1 is different from the first embodiment in that the staging processing unit 100 includes a block selection unit 1001.
  • the block selection unit 1001 receives the information of the staging blocks 3A and 3B in which the flashback has occurred from the occurrence location specifying unit 102, the block selection unit 1001 selects the staging block in which the flashback has not occurred among the staging blocks 3A and 3B.
  • the staging processing unit 100 controls the fuel adjustment unit 5 so that combustion is continued only in the staging block selected by the block selection unit 1001.
  • each of the staging blocks 3A and 3B has the same combustion at any stage of the staging pattern SP. Can be implemented.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating the structure of the main fuel nozzle group and the flashback detection unit according to the second embodiment.
  • FIG. 8 schematically shows a state in which the pilot fuel nozzle 3a and the main fuel nozzle group 3 in FIG. 2 are viewed from the front (in the direction along the axis 20), similarly to FIG. 3 in the first embodiment.
  • the four main fuel nozzles 30 to 33 constitute a staging block 3A to which fuel is supplied through the A system, and the remaining four main fuel nozzles 34 to 37 are fueled through the B system.
  • Constitutes a staging block 3B that is, unlike the first embodiment, the staging blocks 3A and 3B are configured to have the same number (four) of the main fuel nozzle groups 3, respectively.
  • the combustor 2 includes a plurality of flashback detection units 40, 41, 42, and 43, and these flashback detection units 40 to 43 include a plurality of main fuel nozzles 30 to 37 is provided corresponding to each of the staging blocks 3A, 3B.
  • the flashback detection units 40 and 41 shown in FIG. 8 output a detection signal to the combustion control device 10 when a flashback occurs in the main fuel nozzles 30 to 33 (staging block 3A).
  • the flashback detection units 42 and 43 output a detection signal to the generation location specifying unit 102 of the combustion control device 10.
  • the occurrence location identifying unit 102 determines which flashback has been received by determining which flashback detection unit 40 to 44 has received the detection signal.
  • the staging block 3B can be specified.
  • the manner in which the flashback detection units 40 to 44 are arranged is not limited to the mode shown in FIG. 8 as in the first embodiment. For example, one main fuel nozzle 30, 31,. A mode in which the flashback detection units 40, 41,... Are provided so as to correspond to the respective cases may be used.
  • 9A and 9B are first and second diagrams illustrating functions of the combustion control device according to the second embodiment.
  • 9A and 9B show the time transition of the detection signal output by any of the flashback detection units 40 to 43 (FIG. 8), and the lower stage of FIGS. 9A and 9B shows the turbine load L by the load adjustment unit 101. And the time transition of the fuel supply amount to the A system and the B system that fluctuate based on this adjustment.
  • flashback occurs in any of the main fuel nozzles 30 to 33 (FIG. 8) belonging to the staging block 3A at a certain time t
  • one of the flashback detection units 40 and 41 outputs a detection signal exceeding a predetermined threshold TH (see the upper part of FIG. 9A).
  • the occurrence location specifying unit 102 to which a detection signal exceeding the threshold TH is input determines that the flashback has occurred in the staging block 3A (A system) in response to the output source being the backfire detection unit 40 or 41.
  • the load adjustment unit 101 is notified of this.
  • the load adjusting unit 101 reduces the turbine load L1 ′ (lower stage in FIG. 9A) that can be handled only by combustion of any one of the staging blocks 3A and 3B.
  • the occurrence location identifying unit 102 notifies the block selection unit 1001 of the staging processing unit 100 of the determination that the flashback has occurred in the staging block 3A.
  • the block selection unit 1001 selects the staging block (staging block 3B) on the side where no flashback has occurred.
  • the staging processing unit 100 according to the present embodiment performs combustion corresponding to the turbine load L1 ′ set by the load adjusting unit 101 by the combustion of only the staging block 3B selected by the block selection unit 1001 (FIG. 9A). See below).
  • the process of immediately stopping the fuel supply to the system A is performed, and the combustion in the staging block 3A can be stopped.
  • a flashback occurs at any time t at any of the main fuel nozzles 34 to 37 (FIG. 8) belonging to the staging block 3B, with reference to FIG. 9B.
  • a flashback occurs in the staging block 3B at time t
  • one of the flashback detection units 42 and 43 outputs a detection signal exceeding a predetermined threshold TH (see the upper part of FIG. 9B).
  • the occurrence location specifying unit 102 to which a detection signal exceeding the threshold TH is input determines that the flashback has occurred in the staging block 3B (B system) in response to the fact that the output source is the backfire detection unit 42 or 43.
  • the load adjustment unit 101 is notified of this.
  • the load adjustment unit 101 reduces the turbine load L1 ′ (the lower stage in FIG. 9B) to the same as that in FIG. 9A.
  • the occurrence location specifying unit 102 also notifies the block selection unit 1001 of the determination that the flashback has occurred in the staging block 3B. Based on this notification, the block selection unit 1001 selects the staging block (staging block 3A) on the side where no flashback has occurred. Then, the staging processing unit 100 according to the present embodiment performs the combustion corresponding to the turbine load L1 ′ set by the load adjusting unit 101 by the combustion of only the staging block 3A selected by the block selection unit 1001 (FIG. 9B). See below). As a result, immediately after the flashback occurs in the staging block 3B, the process of immediately stopping the fuel supply to the B system is performed, and the combustion in the staging block 3B can be stopped.
  • Each process of the combustion control apparatus 10 described with reference to FIGS. 9A and 9B is a process for stopping fuel supply to the staging block 3A or the staging block 3B (FIG. 6) in the processing flow (FIG. 6) in the first embodiment ( This corresponds to step S12a or step S12b). Since the processing flow of the combustion control apparatus 10 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment in other processing steps, description thereof is omitted.
  • the combustion apparatus 1 even with the combustion system 1 according to the second embodiment, even if a flashback occurs, the combustion apparatus 1 itself can be safely stopped without performing a trip. As a result, the lifetime of the apparatus can be improved.
  • the turbine load (turbine load L1 ′) that can be handled by a single staging block can be used.
  • the combustion may be performed in any of the staging blocks 3A and 3B. Therefore, the load adjusting unit 101 does not need to change the value of the turbine load L in accordance with the staging block in which the flashback has occurred, so that the process when the flashback occurs can be further simplified.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of a combustion system according to the third embodiment.
  • the combustion system 1 according to the third embodiment is similar to the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 7) in the combustion control device 10 and the combustor 2.
  • the fuel adjusting unit 5 is provided.
  • symbol is attached
  • the combustion control device 10 includes a failure determination unit 104, and a state quantity sensor 23 is provided in the combustion gas flow path from the combustor 2.
  • the failure determination unit 104 indirectly determines from the state quantity of the combustion system 1 whether or not the combustor 2 is damaged by the flashback after the flashback has occurred.
  • This state quantity is a parameter acquired via the state quantity sensor 23, and specifically, for example, is the composition of exhaust gas (concentration of NOx, CO, etc.) from the combustor 2 to the turbine 6.
  • the state quantity sensor 23 will be described as an example of a gas sensor that can acquire the NOx concentration of exhaust gas.
  • the state quantity sensor 23 may be a vibration sensor that detects vibration of the combustion system 1 during the combustion process, a temperature sensor that acquires a metal temperature distribution, or a combination thereof, and the failure determination unit 104.
  • the parameters to be evaluated can be modified according to these modifications.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the function of the failure determination unit according to the third embodiment.
  • the failure determination unit 104 acquires the transition of the state quantity (NOx concentration) as shown by the solid line or the broken line in FIG. 11 before and after the occurrence of the flashback, and compares these. Specifically, the failure determination unit 104 first stores the transition of the NOx concentration acquired through the state quantity sensor 23 during normal operation of the combustion system 1 (solid line in FIG. 11). Then, after a flashback occurs in any of the main fuel nozzle groups 3 and the recovery process (steps S11 to S13 (FIG.
  • the failure determination unit 104 determines that the combustion control device 10 At the time of returning to normal operation due to the above, the transition of the NOx concentration is acquired again (broken line in FIG. 11) and compared with the transition before the flashback (solid line in FIG. 11). For example, in the case of FIG. 11, the failure determination unit 104 indicates that the transition of NOx concentration acquired before the occurrence of flashback (solid line) and the transition of NOx acquired after the occurrence of flashback (broken line) are significantly different. To detect. More specifically, the failure determination unit 104 sets thresholds P and Q (FIG.
  • the failure determination unit 104 determines that some breakage or damage has occurred in the combustor 2 by flashback, and outputs a signal to that effect to the load adjustment unit 101.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the processing flow of the combustion control device according to the third embodiment.
  • the same processing steps as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the processing flow shown in FIG. 12 is started during normal operation of the combustion system 1, that is, when combustion is normally performed in the combustion chamber S (FIG. 2) by fuel supply.
  • the failure determination unit 104 acquires the transition of the NOx concentration (solid line in FIG. 11) via the state quantity sensor 23 at the stage of normal operation.
  • the combustion control apparatus 10 confirms safety when the occurrence location specifying unit 102 determines that the flashback has disappeared in step S13 (FIG. 6). Therefore, in step S14 (FIG. 6), a process of stopping the combustion system 1 while performing normal operation was performed.
  • the load adjusting unit 101 increases the lowered turbine load L again. Normal operation is resumed (step S30).
  • the staging processing unit 100 increases the fuel supply through the A system and the B system in accordance with the turbine load L that rises again while referring to the staging pattern SP (FIG. 4).
  • the failure determination unit 104 again acquires the transition of the NOx concentration (broken line in FIG. 11) via the state quantity sensor 23 in the normal operation resumption process in step S30. Then, the failure determination unit 104 changes the NOx concentration acquired during the first normal operation (solid line in FIG. 11) and the NOx concentration acquired when the normal operation resumes after recovering from the flashback state (FIG. 11). To determine whether there is a failure or damage to the combustor 2 due to the occurrence of flashback (step S31). Specifically, as described above, the failure determination unit 104 sets threshold values P and Q (FIG. 11) with a constant width centered on the transition (solid line) of the NOx concentration before the flashback occurs, and the flashback occurs. Based on whether or not the subsequent transition of the NOx concentration is within the range of the threshold values P and Q, it is determined whether there is a failure or damage.
  • step S31: YES when the failure determination unit 104 determines that there is a failure or damage to the combustor 2 due to the occurrence of flashback (step S31: YES), the load adjustment unit 101 and the staging processing unit 100 are turbine loads. L is gradually lowered to reduce the fuel supply amount, and the combustion system 1 is safely stopped (step S14).
  • step S31: NO if there is no difference in the transition of the NOx concentration before and after the occurrence of flashback and the failure determination unit 104 determines that there is no failure or damage to the combustor 2 due to the occurrence of flashback (step S31: NO), the load adjustment unit 101 and the staging The processing unit 100 continues the normal operation of Step S30 as it is (Step S32). In this way, the load adjustment unit 101 again increases the load amount and resumes the normal operation of the own apparatus, whereby the combustion system 1 can be returned to the operation stage before the occurrence of flashback.
  • the combustion system 1 according to the first and second embodiments always stopped the combustion process safely for safety confirmation after recovery from the flashback state (step S14 in FIG. 6). However, the combustion system 1 according to the present embodiment resumes normal operation after recovery from the flashback state. And if the combustion system 1 which concerns on this embodiment has abnormality in transition of the state quantity (NOx density
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of a combustion system according to the fourth embodiment.
  • the combustion system 1 according to the fourth embodiment includes a combustion control device 10, a combustor 2, and a fuel adjustment unit 5 as in the first to third embodiments.
  • the same functional configuration as in the first to third embodiments is denoted by the same reference numeral, and the description thereof is omitted.
  • the staging processing unit 100 further includes a staging switching unit 1002 in the combustion system 1 according to the second embodiment.
  • the staging switching unit 1002 determines whether or not the staging pattern SP prepared in advance has deviated from the operation line. Then, when the staging switching unit 1002 determines that the staging pattern SP is out of the operation line determined at the time of recovery from the flashback state, the staging block where the fuel supply is stopped and the fuel supply are made. The staging block that is continuing the combustion process is switched to perform a process of placing on the operation line defined by the staging pattern SP.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating functions of the combustion control device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 shows that when the combustion system 1 is operating normally in accordance with the staging pattern SP1, the flash is performed at any of the main fuel nozzles 34, 35, 36, and 37 (see FIG. 8) constituting the staging block 3B at time t1.
  • the return process of the combustion control apparatus 10 in the case where a back occurs is shown.
  • the load adjusting unit 101 immediately reduces the turbine load L to L1 ′, and the staging processing unit 100 selects the staging block 3A on which flashback has not occurred and corresponds to the turbine load L1 ′. Burn.
  • the turbine load L1 ′ is a load amount that can be handled by only a single staging block
  • the fuel supply to the staging block 3B is stopped by the staging processing unit 100 at time t1 ′, and the flash generated in the staging block 3B. The back disappears.
  • the load adjusting unit 101 performs a process of increasing the load again to resume normal operation.
  • the staging switching unit 1002 of the staging processing unit 100 determines whether or not the operation line is deviated from the operation line determined by the staging pattern SP.
  • a process of switching between 3B and a staging block 3A that is supplied with fuel and that continues the combustion process is performed. For example, in the normal operation line defined by the staging pattern SP, when the turbine load L1 ′ is dealt with by the combustion of only the staging block 3B, the operation state at the time t1 ′ to t2 deviates from the normal operation line. Will be.
  • the staging switching unit 1002 performs a process of switching the fuel supply destination between the staging block 3A in which fuel is supplied and the staging block 3B in which fuel supply is stopped due to the occurrence of flashback. Accordingly, the staging processing unit 100 starts supplying fuel to the staging block 3B in response to the turbine load L1 ′, stops supplying fuel to the staging block 3A, and performs a normal operation defined by the staging pattern SP. Perform processing to return to the operation line.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a processing flow of the combustion control device according to the fourth embodiment.
  • the same processing steps as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the processing flow of the combustion control apparatus 10 resumes normal operation of the combustion system 1 after recovery from the flashback state (step S13: YES), as in the third embodiment (step S30). ).
  • the staging switching unit 1002 determines the operation state after the flashback recovery (FIG. 14, times t1 ′ to t2) by the staging pattern SP. It is determined whether or not the driving line is off (step S40). Specifically, the staging switching unit 1002 combusts corresponding to the turbine load L1 ′ in the normal operation line defined by the staging block and the staging pattern SP that are actually maintaining the combustion after the flashback recovery. It is determined whether or not the staging block to be matched matches. When it is determined that the operation state is out of the normal operation line defined by the staging pattern SP (step S40: NO), the staging switching unit 1002 performs a process of switching the burning staging block (step S41). ).
  • the staging block being burned is “staging block 3A”, while the turbine load L1 in the normal operation line defined by the staging pattern SP.
  • the staging switching unit 1002 determines that the operation state is out of the operation line defined by the staging pattern SP (step S40: NO). Then, along with the determination, the staging switching unit 1002 switches the fuel supply destination from the staging block 3A to the staging block 3B (FIG. 14, time t2). At this time, the staging processing unit 100 does not change the fuel supply amount itself so that the turbine load L1 'does not fluctuate.
  • step S40 when it is determined that the operation state after recovery from the flashback matches the normal operation line defined by the staging pattern SP (step S40: YES), the staging switching unit 1002 keeps the staging pattern SP as it is. The normal operation is resumed according to the normal operation line determined in (Step S30).
  • the combustion system 1 when the combustion system 1 is out of the normal operation line by the flashback recovery process, the combustion system 1 switches the staging block to be burned and forcibly returns to the normal operation line. Thereby, the combustion system 1 can resume normal operation according to a normal operation line (staging pattern SP) for the subsequent operation. By doing in this way, the combustion system 1 can resume normal operation even after flashback occurs with only one type of staging pattern SP that defines a normal operation line, and the cost of the apparatus can be reduced. Can do.
  • FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of a combustion system according to the fifth embodiment.
  • the combustion system 1 according to the fifth embodiment includes a combustion control device 10, a combustor 2, and a fuel adjustment unit 5 as in the first to fourth embodiments.
  • the same functional configuration as that of the first to fourth embodiments is denoted by the same reference numeral, and the description thereof is omitted.
  • the staging processing unit 100 further includes a pattern selection unit 1003 in the combustion system 1 according to the second embodiment.
  • the storage unit 103 stores two patterns of a staging program SP1 and a staging program SP2.
  • the pattern selection unit 1003 selects an operation line to be applied when normal operation of the combustion system 1 is resumed from the staging programs SP1 and SP2 according to the operation state after recovery from the flashback state.
  • the storage unit 103 stores two types of staging patterns SP1 and SP2.
  • the staging processing unit 100 performs fuel supply according to the turbine load L based on the staging pattern SP1.
  • the staging processing unit 100 first supplies fuel only to the A system based on the staging pattern SP1, and in the staging block 3A Implement combustion treatment.
  • the turbine load L rises above a certain level, fuel supply is also started to the B system.
  • the supply amount Pa2 ′ to the A system and the supply amount Pb2 ′ (Pa2 ′, Pb2 to the B system) '> 0) fuel is supplied.
  • the staging pattern SP2 defines an operation line different from the staging pattern SP1.
  • the staging program SP2 shown in FIGS. 17A and 17B when the load adjusting unit 101 increases the turbine load L, the staging processing unit 100 first supplies fuel only to the B system, and performs the combustion processing in the staging block 3B. To implement. Then, when the turbine load L rises above a certain level, fuel supply is started also to the A system, and at the stage of the turbine load L2 ′, fuel of the supply amount Pa2 ′ is supplied to the A system and the supply amount Pb2 ′ is supplied to the B system. The That is, the staging patterns SP1 and SP2 are determined by replacing the staging blocks 3A and 3B to be combusted corresponding to the turbine load L with each other.
  • the pattern selecting unit 1003 is the time when the operating state coincides (intersects) with the operating line based on the staging pattern SP1 (for example, the turbine load L is At the time of reaching L2 ′), a process of switching the operating staging pattern from SP2 to SP1 may be performed.
  • the staging pattern SP2 only needs to define an operation line at least between the turbine loads L of 0 to L2 '.
  • FIG. 18 and 19 are a first diagram and a second diagram illustrating the function of the combustion control device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 18 shows any of the main fuel nozzles 34, 35, 36, 37 (see FIG. 8) constituting the staging block 3B at time t1 when the combustion system 1 is operating normally according to the staging program SP1.
  • 3 represents the return process of the combustion control device 10 when flashback occurs.
  • the load adjusting unit 101 immediately reduces the turbine load L to L1 ′, and the staging processing unit 100 selects the staging block 3A on which flashback has not occurred and corresponds to the turbine load L1 ′. Burn.
  • the turbine load L1 ′ is a load amount that can be handled only by a single staging block
  • the fuel supply to the staging block 3B is stopped by the staging processing unit 100 at time t1 ′ (see FIG. 18), and the staging block The flashback that occurred in 3B disappears.
  • the load adjusting unit 101 performs a process of increasing the load again to resume normal operation.
  • the pattern selection unit 1003 of the staging processing unit 100 performs a process of selecting a staging pattern to be used when normal operation is resumed according to the operation state at the time of recovery from flashback. For example, according to FIG. 18, only the staging block 3A performs the combustion process corresponding to the turbine load L1 ′ from time t1 ′ to time t2.
  • the pattern selection unit 1003 determines that the operation state at time t2 after the flashback recovery is closer to the staging pattern SP1 than the staging pattern SP2, and performs normal operation after the time t2 according to the staging pattern SP1. Choose to do (see FIG. 18).
  • FIG. 19 shows the main fuel nozzles 30, 31, 32, 33 (see FIG. 8) constituting the staging block 3A at time t1 when the combustion system 1 is operating normally according to the staging program SP1.
  • the return process of the combustion control device 10 when a flashback occurs in any of the cases is shown.
  • the load adjusting unit 101 immediately reduces the turbine load L to L1 ′, and the staging processing unit 100 further selects the staging block 3B on which no flashback has occurred. Select and perform combustion corresponding to the turbine load L1 '.
  • the fuel supply to the staging block 3A is stopped (see FIG. 19), and the flashback generated in the staging block 3A disappears.
  • the load adjusting unit 101 performs a process of increasing the load again to resume normal operation.
  • the load adjusting unit 101 performs a process of increasing the load again to resume normal operation.
  • the pattern selection unit 1003 determines that the operation state at the time t2 after the flashback recovery is closer to the staging pattern SP2 than the staging pattern SP1, and performs normal operation after the time t2 according to the staging pattern SP2. Select to implement (see FIG. 19).
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a processing flow of the combustion control device according to the fifth embodiment.
  • the same processing steps as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the processing flow of the combustion control apparatus 10 resumes normal operation of the combustion system 1 after recovery from the flashback state (step S13: YES), as in the third embodiment (step S30). ).
  • the operation state after the flashback recovery (FIG. 14, times t1 ′ to t2) is detected by the pattern selection unit 1003. It is determined which of these is closer (step S50). If the operation state at time t2 is close to the staging pattern SP1 (step S50: YES), the pattern selection unit 1003 selects the staging pattern SP1 (step S51a).
  • the pattern selection unit 1003 selects the staging pattern SP2 (step S51b).
  • the pattern selection unit 1003 has a staging block that actually maintains combustion corresponding to the turbine load L1 ′ after the flashback recovery (time t2). If it is the staging block 3A, the staging pattern SP1 may be selected, and if it is the staging block 3B, the staging pattern SP2 may be selected.
  • the staging processing unit 1003 supplies fuel according to the staging pattern. Thereby, the normal operation of the combustion system 1 is started (step S30). Note that when operating according to the staging pattern SP2 in step S30, the pattern selection unit 1003 may shift to the staging pattern SP1 at the stage of coincidence (crossing) with the staging pattern SP1 as described above.
  • the combustion system 1 performs the trajectory correction while selecting the operation line closest to the operation state at that time when returning to the normal operation line after the flashback recovery process. In this way, even if flashback occurs in any of the staging blocks, rapid switching of the fuel supply destination does not occur when normal operation is resumed from there. That is, the combustion system 1 according to the fifth embodiment needs to prepare a plurality of staging patterns in advance as compared with the combustion system 1 according to the fourth embodiment.
  • the staging pattern can be selected in accordance with the operation, and the resumption of operation with a smaller load fluctuation amount can be realized.
  • the processing flow of the combustion control apparatus 10 which concerns on the 4th, 5th embodiment mentioned above is not limited to what was shown in FIG. 15, FIG. 20, respectively.
  • a failure presence / absence determination processing of the combustor 2 by flashback (further, as in the combustion control device 10 according to the third embodiment) Step S31) in FIG. 12 may be performed.
  • the combustion control device 10 according to the fourth and fifth embodiments includes the failure determination unit 104.
  • the combustion system 1 according to each of the above-described embodiments has the two staging blocks 3A and 3B, and the combustion processing is performed for each of the staging blocks 3A and 3B.
  • the combustion system 1 which concerns on the said embodiment is not limited to this aspect,
  • the aspect which has three or more staging blocks may be sufficient.
  • the staging pattern SP (SP1, SP2) defines the amount of fuel supplied to each of the three or more staging blocks corresponding to the turbine load L.
  • the combustion control apparatus 10 described above may have a computer system inside.
  • Each process of the combustion control apparatus 10 described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above process is performed by the computer reading and executing the program.
  • the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a semiconductor memory, or the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
  • the combustion control apparatus 10 may be provided with the above-described functional units dispersed in a plurality of apparatuses connected via a network.
  • combustion control device combustion control method, and program, it is possible to reduce the burden on the device in the return and stop processing when flashback occurs.

Landscapes

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Abstract

燃焼システム（１）は、複数のステージングブロックと、当該ステージングブロックにおいて発生したフラッシュバックを検知する逆火検知部（４０、４１、・・・）と、を有する燃焼器（２）と、逆火検知部（４０、４１、・・・）からの検知信号に基づいてフラッシュバックが発生したステージングブロックへの燃料を停止する燃焼制御装置（１０）と、を備え、燃焼制御装置（１０）は、運転ラインを定めたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示するステージング処理部（１００）と、逆火検知部（４０、４１、・・・）から検知信号が入力された場合に、当該逆火検知部（４０、４１、・・・）に対応するステージングブロックへの燃料供給が停止されるレベルまで負荷量を低減する処理を行う負荷調整部（１０１）と、を備えている。

Description

燃焼制御装置、燃焼システム、燃焼制御方法及びプログラム
本発明は、燃焼制御装置、燃焼システム、燃焼制御方法及びプログラムに関する。
一般に、ガスタービン燃焼システムは、低ＮＯｘ化のために予混合燃焼方式が採用しているものが多い。このようなガスタービン燃焼システムは、中央に１本の拡散燃焼パイロットノズル、その周りに予混合燃焼させる複数本の予混合ノズル（メインノズル）という配置構造となっている。
予混合燃焼方式によるガスタービン燃焼システムでは、予混合器内の燃料温度が可燃域に入るため、予混合器内に火炎がさかのぼる逆火現象（フラッシュバック）が生じる可能性がある。したがって、ガスタービン燃焼システムの安全な運転を維持するため、逆火現象を防止する設計、または、逆火現象を検知してすぐに復帰可能とする設計が求められている。
例えば、逆流火炎（逆火）が発生している状態となっているか否かを逆火解析装置より解析する燃焼システムが開示されている（特許文献１参照）。当該燃焼システムは、解析の結果、逆流火炎の発生の場合、メイン燃料による予混合燃焼を停止し、このメイン燃料を切替え燃料としてパイロット燃料ノズルから噴射する。
特開平８－６８５３７号公報
しかしながら、特許文献１に記載の燃焼システムによれば、フラッシュバックが生じたノズルの燃料供給を遮断するとともに、遮断した燃料を他のノズル（パイロット燃料ノズル等）から流出させる。そうすると、燃焼システム全体の出力の変化は小さいものの、その分当該他のノズルにおいて定格以上の燃焼をする動作を必要とする場合が懸念され、装置に高負荷がかかり得るという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、フラッシュバックが生じた際の復帰、停止処理における装置への負担を軽減することができる燃焼制御装置、燃焼システム、燃焼制御方法及びプログラムを提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、燃焼制御装置は、燃焼システムに用いられ、フラッシュバックを検知する逆火検知部からの検知信号に基づいて前記フラッシュバックが発生したメイン燃料ノズルを含むステージングブロックへの燃料供給を停止する燃焼制御装置であって、前記燃焼システムの負荷量と、前記ステージングブロック各々への燃料供給量と、の対応関係を示す運転ラインを定めたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示するステージング処理部と、前記逆火検知部から前記検知信号が入力された場合に、当該逆火検知部に対応するステージングブロックへの燃料供給が停止されるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う負荷調整部と、を備える。
また本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様の燃焼制御装置において、前記負荷調整部が、燃料供給が停止するステージングブロックごとに異なるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う。
また本発明の第３の態様によれば、上記第１または第２の態様の燃焼制御装置において、前記負荷調整部が、前記負荷量を低減する処理の後、前記フラッシュバックが消失した場合において、さらに負荷量を下げて前記燃焼システムの停止処理を実施する。
また本発明の第４の態様によれば、上記第１または第２の態様の燃焼制御装置において、前記負荷調整部が、前記負荷量を低減する処理の後、前記フラッシュバックが消失した場合において、再度、負荷量を上昇させて前記燃焼システムの通常運転を再開する。
また本発明の第５の態様によれば、上記第４の態様の燃焼制御装置において、前記フラッシュバックが発生した後、当該フラッシュバックにより前記燃焼システムが故障していないか否かを、前記燃焼システムの状態量から判定する故障判定部を更に備え、前記負荷調整部は、前記負荷量を低減する処理の後、前記フラッシュバックが消失し、かつ、前記燃焼システムが故障していないと判定した場合に、再度、負荷量を上昇させて前記燃焼システムの通常運転を再開する。
また本発明の第６の態様によれば、上記第５の態様の燃焼制御装置において、前記故障判定部が、前記フラッシュバック発生前に取得した前記状態量の推移と、当該フラッシュバック発生後に取得した前記状態量の推移と、に基づいて、当該フラッシュバックにより前記燃焼システムが故障していないか否かの判定を行う。
また本発明の第７の態様によれば、上記第４から第６の態様のいずれかの燃焼制御装置において、前記ステージング処理部が、前記負荷調整部による前記負荷量を低減する処理により前記フラッシュバックが消失した時点における運転状態が、前記ステージングパターンで定められた前記運転ラインから外れている場合に、燃料供給が停止しているステージングブロックと、燃料供給がなされ燃焼処理を継続しているステージングブロックと、の燃料供給先を切り替える処理を行う。
また本発明の第８の態様によれば、上記第４から第６の態様のいずれかの燃焼制御装置において、前記ステージング処理部が、前記負荷調整部による前記負荷量を低減する処理により前記フラッシュバックが消失した時点における運転状態に応じて、複数の異なるステージングパターンから一を選択し、当該選択されたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示する。
また本発明の第９の態様によれば、燃焼システムは、上記第１から第８の何れかに記載の燃焼制御装置と、軸線に沿って延びてパイロット燃料が供給されるパイロット燃料ノズルと、前記軸線と平行に延びて前記パイロット燃料ノズルの周囲に複数設けられ、メイン燃料が供給されるメイン燃料ノズルの一以上の組で構成される複数のステージングブロックと、前記複数のステージングブロックのそれぞれに対応して複数設けられ、当該対応するステージングブロックを構成する少なくとも一のメイン燃料ノズルにおいて発生したフラッシュバックを検知する逆火検知部と、を有する燃焼器と、を備える。
また本発明の第１０の態様によれば、上記第９の態様に記載の燃焼システムは、前記逆火検知部が、前記メイン燃料ノズルの対ごとに設けられ、当該対において発生する前記フラッシュバックが検知可能となるように配されている。
本発明の第１１の態様によれば、燃焼制御方法は、燃焼システムに用いられ、フラッシュバックを検知する逆火検知部からの検知信号に基づいて前記フラッシュバックが発生したメイン燃料ノズルを含むステージングブロックへの燃料供給を停止する燃焼制御方法であって、ステージング処理部が、前記燃焼システムの負荷量と、前記ステージングブロック各々への燃料供給量と、の対応関係を示す運転ラインを定めたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示し、負荷調整部が、前記逆火検知部から前記検知信号が入力された場合に、当該逆火検知部に対応するステージングブロックへの燃料供給が停止されるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う。
本発明の第１２の態様によれば、プログラムは、燃焼システムに用いられ、フラッシュバックを検知する逆火検知部からの検知信号に基づいて前記フラッシュバックが発生したメイン燃料ノズルを含むステージングブロックへの燃料供給を停止する燃焼制御装置のコンピュータを、前記燃焼システムの負荷量と、前記ステージングブロック各々への燃料供給量と、の対応関係を示す運転ラインを定めたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示するステージング処理手段、前記逆火検知部から前記検知信号が入力された場合に、当該逆火検知部に対応するステージングブロックへの燃料供給が停止されるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う負荷調整手段、として機能させる。
上述の燃焼制御装置、燃焼システム、燃焼制御方法及びプログラムによれば、フラッシュバックが生じた際の復帰、停止処理における装置への負担を軽減することができる。
第１の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る燃焼器の構造を示す図である。 第１の実施形態に係るメイン燃料ノズル群及び逆火検知部の構造を模式的に表した図である。 第１の実施形態に係るステージングパターンの例を説明する図である。 第１の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第１の図である。 第１の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第２の図である。 第１の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。 第２の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。 第２の実施形態に係るメイン燃料ノズル群及び逆火検知部の構造を模式的に表した図である。 第２の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第１の図である。 第２の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第２の図である。 第３の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。 第３の実施形態に係る故障判定部の機能を説明する図である。 第３の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。 第４の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。 第４の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する図である。 第４の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。 第５の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。 第５の実施形態に係るステージングパターンの例を説明する第１の図である。 第５の実施形態に係るステージングパターンの例を説明する第２の図である。 第５の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第１の図である。 第５の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第２の図である。 第５の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る燃焼システムの一例について図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。
図１に示すように、第１の実施形態に係る燃焼システム１は、燃焼制御装置１０、燃焼器２、燃料調整部５を備えている。
燃焼システム１は、灯油や天然ガスなどの燃料を燃焼し、動力を生成する装置である。燃焼システム１は、生成した動力によりタービン６を回転させ、発電機７を通じて電力を生み出すことができる。
燃焼制御装置１０は、燃焼システム１全体の動作を管理する機能部であって、所定のステージングパターン（後述）に基づいて燃焼器２への燃料供給を制御し、必要なタービン負荷Ｌに応じた燃焼器２の出力を制御する。
燃焼器２は、供給される燃料を実際に燃焼させて熱エネルギーを生成する。燃焼器２は、ＮＯｘ排出量低減を目的とした予混合燃焼方式を採用し、パイロット燃料を燃焼室に噴射して拡散燃焼を行うパイロット燃料ノズル３ａと、これと共にメイン燃料を燃焼用空気と予混合して予混合燃焼を行う複数のメイン燃料ノズル群３と、を有する構成としている。また、燃焼器２は、メイン燃料ノズル群３への２つの燃料供給系統（Ａ系統、Ｂ系統）ごとに燃料が供給される構成となっている（図２参照）。
燃料調整部５は、燃焼制御装置１０からの制御信号に応じて、燃焼器２への燃料供給量を調整する。具体的には、燃料調整部５は、例えば燃料供給系統（Ａ系統、Ｂ系統等（図１））を構成する配管の各所に設けられた流量調整弁である。燃料調整部５は、Ａ系統、Ｂ系統それぞれを通じた燃料供給量を独立して調整可能としている。これにより、燃焼制御装置１０は、燃料調整部５へ所望の制御信号を出力することで、Ａ系統を通じた燃料供給量、Ｂ系統を通じた燃料供給量をそれぞれ独立して制御することができる。
図１に示すように、燃焼器２には、複数の逆火検知部４０、４１、・・・が備えられている。逆火検知部４０、４１、・・・は、メイン燃料ノズル群３において発生したフラッシュバック（逆火現象）を検知する。ここで、フラッシュバックとは、火炎が上流にさかのぼる現象である（図２参照）。予混合気体を燃焼させる予混合燃焼は、安定燃焼範囲が狭く、予混合気体の流量の増減による流速変化や燃空比の変動によって、火炎が形成される位置が上流側に移動して、逆火現象が起こり得る。
逆火検知部４０、４１、・・・は、このフラッシュバックの発生を検知して、その検知信号を燃焼制御装置１０に出力する。具体的には、逆火検知部４０、４１、・・・は、例えば火炎の発光スペクトルを、光学的検知手段（光ファイバー等）を通じて取得することでフラッシュバックの発生を検知する。
なお、逆火検知部４０、４１、・・・は、上記以外の手段（例えば、温度センサ等）によってフラッシュバックの発生を検知するものであっても構わない。
また図１に示すように、燃焼制御装置１０は、ステージング処理部１００、負荷調整部１０１、発生箇所特定部１０２、及び、所定のステージングパターンＳＰが記憶された記憶部１０３を備えている。
ステージング処理部１００は、燃料調整部５に対し、予め記憶部１０３に記憶されたステージングパターンＳＰに基づいて、メイン燃料ノズル群３（後述するステージングブロック３Ａ、３Ｂ）各々への燃料供給またはその停止を指示する。
また、負荷調整部１０１は、発生箇所特定部１０２が、フラッシュバックが発生したステージングブロック３Ａ、３Ｂを特定した場合に、そのフラッシュバックが発生したステージングブロック３Ａ、３Ｂへの燃料供給が停止されるレベルまで負荷量を低減する処理を行う。
発生箇所特定部１０２は、逆火検知部４０、４１、・・・のいずれかから検知信号が入力された場合に、その検知信号を出力した逆火検知部４０、４１、・・・に対応するステージングブロック３Ａ、３Ｂを特定することで、いずれのステージングブロックでフラッシュバックが発生したかを特定する。
ステージングパターンＳＰ、及び、ステージング処理部１００、負荷調整部１０１の具体的な処理内容については、図４、図５Ａ、図５Ｂを参照しながら後に説明する。
図２は、第１の実施形態に係る燃焼器の構造を示す図である。
図２に示すように、燃焼器２は、軸線２０に沿って延びて、パイロット燃料が燃焼し、拡散火炎を形成するコーンを備えたパイロット燃料ノズル３ａを備える。そして、パイロット燃料ノズル３ａの周囲には、メイン燃料と燃焼用空気との予混合気体を形成し噴出して予混合火炎を形成するメイン燃料ノズル群３が、軸線２０と平行に延びて複数配置される。このように、メイン燃料ノズル群３を備えることで、予混合気体の燃焼により燃焼温度を制御して、排出する燃焼ガスを高温化する。
なお、燃焼器２は、正常動作時、燃焼室Ｓにおいてコーン状の拡散火炎を形成するが、バックフラッシュ発生時は、その火炎がメイン燃料ノズル群３の先端にまでさかのぼる（図２）。
なお、メイン燃料は、メイン燃料供給口２１から、パイロット燃料は、パイロット燃料供給口２２から各々供給される。また、メイン燃料は、２つの燃料供給系統により所定のメイン燃料ノズル群３ごと（ステージングブロックごと）に供給される（図３参照）。
図３は、第１の実施形態に係るメイン燃料ノズル群及び逆火検知部の構造を模式的に表した図である。
図３は、図２におけるパイロット燃料ノズル３ａ及びメイン燃料ノズル群３を正面（軸線２０に沿う方向）から見た様子を模式的に表している。
図３に示すように、メイン燃料ノズル群３（８個のメイン燃料ノズル３０～３７）は、中央のパイロット燃料ノズル３ａを中心に円周状に配されている。ここで、３個のメイン燃料ノズル３０、３１、３２は、上述したＡ系統を通じて燃料が供給されるステージングブロック３Ａを構成し、残りの５個のメイン燃料ノズル３３～３７は、Ｂ系統を通じて燃料が供給されるステージングブロック３Ｂを構成している。つまり、各メイン燃料ノズル３０～３７は、ステージングブロック３Ａ、３Ｂごとに燃料が供給されて点火をする構成となっている。
また、図３に示すように、燃焼器２内部には、複数の逆火検知部４０、４１、・・・、４４を有し、これら逆火検知部４０～４４が、複数のメイン燃料ノズル３０～３７で構成されるステージングブロック３Ａ、３Ｂごとに対応して設けられている。
例えば、図３に示す逆火検知部４０は、メイン燃料ノズル３０とメイン燃料ノズル３１との間に設けられ、これらメイン燃料ノズル３０、３１でフラッシュバックが発生したときに、検知信号を燃焼制御装置１０に出力する。同様に、逆火検知部４２は、メイン燃料ノズル３３とメイン燃料ノズル３４との間に設けられ、これらメイン燃料ノズル３３、３４でフラッシュバックが発生したときに、検知信号を燃焼制御装置１０の発生箇所特定部１０２に出力する。このようにすることで、発生箇所特定部１０２は、いずれの逆火検知部４０～４４から検知信号が入力されたか、を判別することで、フラッシュバックが発生した箇所が、ステージングブロック３Ａか、ステージングブロック３Ｂか、を特定することができる。例えば、燃焼制御装置１０は、逆火検知部４０または逆火検知部４１から検知信号が入力された場合は、ステージングブロック３Ａに属するメイン燃料ノズル３０、３１、３２の何れかでバックフラッシュが発生したものと認識できる。
なお、図３に示すように、逆火検知部４０～４４が、メイン燃料ノズル３０～３７の対ごとに設けられ、当該対において発生するフラッシュバックが検知可能となるように配されていることで、逆火検知部４０～４４の配置数を削減することができる。ただし、逆火検知部４０～４４の配置の仕方は、図３の態様に限定されるものではなく、例えば、一つのメイン燃料ノズル３０、３１、・・・のそれぞれに対応するように、逆火検知部４０、４１、・・・が設けられる態様であってもよい。
図４は、第１の実施形態に係るステージングパターンの例を説明する図である。
記憶部１０３に記憶されるステージングパターンＳＰは、燃焼システム１への負荷量と、ステージングブロック３Ａ、３Ｂ各々への燃料供給量と、の対応関係を示す運転ラインを定めたプログラムである。なお、このステージングパターンＳＰに則って運転（燃料供給）が行われている状態を「運転ラインに乗っている」等と表現し、ステージングパターンＳＰに則って運転が行われていない状態を「運転ラインから外れている」等と表現する。
ステージング処理部１００は、このステージングパターンＳＰに基づいて、タービン負荷Ｌに応じた燃料供給を実施する。例えば、タービン負荷Ｌが０のとき、ステージングパターンＳＰによればＡ系統（ステージングブロック３Ａ）、Ｂ系統（ステージングブロック３Ｂ）への燃料供給はともにゼロである。ここから負荷調整部１０１がタービン負荷Ｌを上昇させると、ステージング処理部１００は、ステージングパターンＳＰに基づいて、まずＡ系統に燃料を供給し、ステージングブロック３Ａにおける燃焼処理を実施する。ここで例えば、タービン負荷ＬがＬ１であったとすると、Ａ系統への燃料供給量はＰａ１となる。
次に、負荷ＬがＬ１からＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）に達すると、燃料供給先がＢ系統へ切り替わり、ステージングブロック３Ｂにおける燃焼処理が実施される。さらに、負荷ＬがＬ２からＬ３まで達すると、Ａ系統への燃料供給が再度開始され、ステージングブロック３Ａ、３Ｂ両方で燃焼処理が実施される。
このように、燃焼システム１は、タービン負荷Ｌの上昇に応じて、Ａ系統、Ｂ系統へのそれぞれの燃料の供給量、ひいてはステージングブロック３Ａ、３Ｂにおける燃焼量を、予め定められたステージングパターンＳＰに基づきながら燃焼システム１を動作させる。
図５Ａ、図５Ｂは、第１の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第１、第２の図である。
図５Ａ、図５Ｂ上段には、逆火検知部４０～４４（図３）のいずれかが出力する検知信号の時間推移を、図５Ａ、図５Ｂ下段には、負荷調整部１０１によるタービン負荷Ｌの調整と、それに基づいて変動するＡ系統、Ｂ系統への燃料供給量の時間推移を示している。
ここで、燃焼システム１の運転中、ある時刻ｔにおいて、ステージングブロック３Ａに属するメイン燃料ノズル３０、３１、３２（図３）のいずれかでフラッシュバックが発生した場合を例として、図５Ａを参照しながら説明する。
時刻ｔにおいてステージングブロック３Ａでフラッシュバックの発生が生じると、まず逆火検知部４０、４１のいずれかが、所定の閾値ＴＨを上回る検知信号を出力する（図５Ａ上段参照）。この閾値ＴＨを上回る検知信号が入力された発生箇所特定部１０２は、その出力元が逆火検知部４０または４１であることを受け、フラッシュバックがステージングブロック３Ａ（Ａ系統）で発生したと判定し、負荷調整部１０１へその旨を通知する。そして、負荷調整部１０１は、ステージングブロック３Ａへの燃料供給を停止すべく、直ちにタービン負荷ＬをＬ２まで低減する処理を行う（図５Ａ下段参照）。
次に、ステージング処理部１００は、このタービン負荷Ｌの低減処理を受け、直ちに低減後のタービン負荷Ｌ２に応じた燃料供給を行う。具体的には、ステージング処理部１００は、ステージングパターンＳＰ（図４）に基づいて、Ｂ系統への燃料供給をＰｂ２とし、Ａ系統への燃料供給をゼロ（停止）とする。
これにより、フラッシュバックがステージングブロック３Ａにおいて発生した瞬間、直ちにＡ系統への燃料供給が停止される処理が成され、ステージングブロック３Ａにおける燃焼を停止させることができる。
同様に、燃焼システム１の運転中、ある時刻ｔにおいて、ステージングブロック３Ｂに属するメイン燃料ノズル３３～３７（図３）のいずれかでフラッシュバックが発生した場合を例として、図５Ｂを参照しながら説明する。
時刻ｔにおいてステージングブロック３Ｂでフラッシュバックの発生が生じると、まず逆火検知部４２、４３、４４のいずれかが、所定の閾値ＴＨを上回る検知信号を出力する（図５Ｂ上段参照）。この閾値ＴＨを上回る検知信号が入力された発生箇所特定部１０２は、その出力元が逆火検知部４２、４３、４４のいずれかであることを受け、フラッシュバックがステージングブロック３Ｂ（Ｂ系統）で発生したと判定し、負荷調整部１０１へその旨を通知する。そして、負荷調整部１０１は、ステージングブロック３Ｂへの燃料供給を停止すべく、直ちにタービン負荷ＬをＬ１まで低減する処理を行う（図５Ｂ下段参照）。
次に、ステージング処理部１００は、このタービン負荷Ｌの低減処理を受け、直ちに低減後のタービン負荷Ｌ１に応じた燃料供給を行う。具体的には、ステージング処理部１００は、ステージングパターンＳＰ（図４）に基づいて、Ａ系統への燃料供給をＰａ１とし、Ｂ系統への燃料供給をゼロ（停止）とする。
これにより、フラッシュバックがステージングブロック３Ｂにおいて発生した瞬間、直ちにＢ系統への燃料供給が停止される処理が成され、ステージングブロック３Ｂにおける燃焼を停止させることができる。
以上のように、負荷調整部１０１は、ステージングパターンＳＰが定める運転ラインに基づき、燃料供給が停止するステージングブロック３Ａ、３Ｂごとに異なるレベル（Ｌ１、Ｌ２）まで負荷量を低減する処理を行う。
図６は、第１の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。
図６に示す処理フローは、燃焼システム１の正常運転時、すなわち燃料供給により燃焼室Ｓ（図２）において正常に燃焼がなされている場合において開始される。
燃焼制御装置１０の発生箇所特定部１０２（図１）は、逆火検知部４０～４４（図３）各々からの検出信号をモニタリングし、当該検出信号が閾値ＴＨを上回るか否かを判定することで、メイン燃料ノズル群３におけるフラッシュバックの発生を検知する（ステップＳ１０）。ここで、フラッシュバックの発生が検知されない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）は、発生箇所特定部１０２は、引き続き検出信号のモニタリングを継続する。
一方、フラッシュバックの発生が検知されたとき（ステップＳ１０：ＹＥＳ）は、燃焼制御装置１０は、直ちに、フラッシュバックを除去するためのステップＳ１１以降の処理に移行する。
具体的には、発生箇所特定部１０２は、フラッシュバックの発生を検知すると、閾値ＴＨを上回る検出信号を出力した逆火検知部４０～４４を特定することで、いずれのステージングブロックでフラッシュバックが発生したかを判定する（ステップＳ１１）。
発生箇所特定部１０２が、フラッシュバックがステージングブロック３Ａで発生したと判定した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、負荷調整部１０１は、発生箇所特定部１０２からそのことを示す信号を入力すると、タービン負荷ＬをＬ２まで引き下げる処理を行う。すると、ステージング処理部１００は、このタービン負荷ＬのＬ２への変更に応じて、Ａ系統を介したステージングブロック３Ａへの燃料供給を停止する（ステップＳ１２ａ、図４参照）。
一方、発生箇所特定部１０２が、フラッシュバックがステージングブロック３Ｂで発生したと判定した場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、負荷調整部１０１は、発生箇所特定部１０２からそのことを示す信号を入力すると、タービン負荷ＬをＬ１まで引き下げる処理を行う。すると、ステージング処理部１００は、このタービン負荷ＬのＬ１への変更に応じて、Ｂ系統を介したステージングブロック３Ｂへの燃料供給を停止する（ステップＳ１２ａ、図４参照）。
続いて、発生箇所特定部１０２は、引き続き逆火検知部４０～４４各々からの検出信号をモニタリングし、ステップＳ１２ａまたはステップＳ１２ｂの処理後において、確実にフラッシュバックが消失したか否かを判定する（ステップＳ１３）。
ここで、発生箇所特定部１０２が、ステップＳ１２ａまたはステップＳ１２ｂの処理後において、確実にフラッシュバックが消失したと判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、負荷調整部１０１は、タービン負荷Ｌを徐々に下げていき、ステージングブロック３Ａ、３Ｂのうち、燃焼を継続している側の燃料供給も徐々に減らして停止させる（ステップＳ１４）。このように、負荷調整部１０１がさらに負荷量を下げて自装置の停止処理を実施することで、燃焼システム１は、トリップ（非常時における燃焼の急停止）を行うことなく、通常の運転ラインに乗りながら安全に停止させることができる。
一方、発生箇所特定部１０２が、ステップＳ１２ａまたはステップＳ１２ｂの処理後において、確実にフラッシュバックが消失していないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、非常の燃焼停止手段として、全ての燃料供給を即時遮断し、トリップを実施する（ステップＳ１５）。
以上のように、本実施形態に係る燃焼システム１は、フラッシュバックが発生した際に、直ちにその発生箇所を特定し（ステップＳ１１）、部分的に燃料供給の停止を行う（ステップＳ１２ａ、Ｓ１２ｂ）。そして、部分的に燃料供給が停止され、フラッシュバックが適切に消失されたことを検知すると、燃焼システム１は、装置の安全確認のため、残った部分による燃焼処理を安全停止させる（ステップＳ１４）。
このように、燃焼システム１によれば、フラッシュバックが発生した場合であっても、トリップを行わずに自装置を安全に停止させることができるため、フラッシュバックが生じた際の復帰、停止処理における燃焼システム１自身への負担を軽減でき、結果として、装置としての寿命を改善することができる。なお、非常の急停止処理であるトリップを行うと、急激な温度変化に伴い、装置の摩耗、耐久性劣化が進行し、装置の寿命を悪化させることが知られている。
また、本実施形態に係る燃焼システム１は、負荷調整部１０１の処理の下、フラッシュバックが発生したステージングブロックに応じてタービン負荷Ｌのみを適切に調整することで、部分的に燃料供給を停止し、フラッシュバック発生状態から回復させる。これにより、フラッシュバック発生時における処理が簡素化され、燃焼システム１の制御系全体の信頼性を向上させることができる。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る燃焼システムの一例について図面を参照して説明する。
図７は、第２の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。
図７に示すように、第２の実施形態に係る燃焼システム１は、第１の実施形態（図１）と同様に、燃焼制御装置１０、燃焼器２、燃料調整部５を備えている。なお第１の実施形態と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７において、本実施形態に係る燃焼システム１は、ステージング処理部１００が、ブロック選択部１００１を備えている点で、第１の実施形態と異なる。
ブロック選択部１００１は、発生箇所特定部１０２からフラッシュバックが発生したステージングブロック３Ａ、３Ｂの情報を受け取ると、ステージングブロック３Ａ、３Ｂのうち、フラッシュバックが発生していない方のステージングブロックを選択する。ステージング処理部１００は、ブロック選択部１００１が選択したステージングブロックのみで燃焼を継続するように、燃料調整部５を制御する。
ここで、本実施形態に係るステージングブロック３Ａ、３Ｂは、後述するように、同数のメイン燃料ノズル群３が割り当てられているため、ステージングパターンＳＰの如何なる段階にあっても、各々が同等の燃焼を実施することができる。
図８は、第２の実施形態に係るメイン燃料ノズル群及び逆火検知部の構造を模式的に表した図である。
図８は、第１の実施形態における図３と同様、図２におけるパイロット燃料ノズル３ａ及びメイン燃料ノズル群３を正面（軸線２０に沿う方向）から見た様子を模式的に表している。
図８に示すように、４個のメイン燃料ノズル３０～３３は、Ａ系統を通じて燃料が供給されるステージングブロック３Ａを構成し、残りの４個のメイン燃料ノズル３４～３７は、Ｂ系統を通じて燃料が供給されるステージングブロック３Ｂを構成している。つまり、ステージングブロック３Ａ、３Ｂは、第１の実施形態と異なり、それぞれ同数（４個）のメイン燃料ノズル群３を有して構成される。
また、図８に示すように、燃焼器２内部には、複数の逆火検知部４０、４１、４２、４３を有し、これら逆火検知部４０～４３が、複数のメイン燃料ノズル３０～３７で構成されるステージングブロック３Ａ、３Ｂごとに対応して設けられている。
例えば、図８に示す逆火検知部４０、４１は、メイン燃料ノズル３０～３３（ステージングブロック３Ａ）でフラッシュバックが発生したときに、検知信号を燃焼制御装置１０に出力する。同様に、逆火検知部４２、４３は、メイン燃料ノズル３４～３７（ステージングブロック３Ｂ）でフラッシュバックが発生したときに、検知信号を燃焼制御装置１０の発生箇所特定部１０２に出力する。このようにすることで、発生箇所特定部１０２は、いずれの逆火検知部４０～４４から検知信号が入力されたか、を判別することで、フラッシュバックが発生した箇所が、ステージングブロック３Ａか、ステージングブロック３Ｂか、を特定することができる。
なお、逆火検知部４０～４４の配置の仕方は、第１の実施形態と同様、図８の態様に限定されるものではなく、例えば、一つのメイン燃料ノズル３０、３１、・・・のそれぞれに対応するように、逆火検知部４０、４１、・・・が設けられる態様であってもよい。
図９Ａ、図９Ｂは、第２の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第１、第２の図である。
図９Ａ、図９Ｂ上段には、逆火検知部４０～４３（図８）のいずれかが出力する検知信号の時間推移を、図９Ａ、図９Ｂ下段には、負荷調整部１０１によるタービン負荷Ｌの調整と、それに基づいて変動するＡ系統、Ｂ系統への燃料供給量の時間推移を示している。
ここで、燃焼システム１の運転中、ある時刻ｔにおいて、ステージングブロック３Ａに属するメイン燃料ノズル３０～３３（図８）のいずれかでフラッシュバックが発生した場合を例として、図９Ａを参照しながら説明する。
時刻ｔにおいてステージングブロック３Ａでフラッシュバックの発生が生じると、まず逆火検知部４０、４１のいずれかが、所定の閾値ＴＨを上回る検知信号を出力する（図９Ａ上段参照）。この閾値ＴＨを上回る検知信号が入力された発生箇所特定部１０２は、その出力元が逆火検知部４０または４１であることを受け、フラッシュバックがステージングブロック３Ａ（Ａ系統）で発生したと判定し、負荷調整部１０１へその旨を通知する。本実施形態に係る負荷調整部１０１は、その通知が入力されると、ステージングブロック３Ａ、３Ｂの何れか一方の燃焼のみで対応可能なタービン負荷Ｌ１’（図９Ａ下段）まで低下させる。
一方、発生箇所特定部１０２は、フラッシュバックがステージングブロック３Ａで発生したとの判定を、ステージング処理部１００のブロック選択部１００１にも通知する。ブロック選択部１００１は、この通知により、フラッシュバックが発生していない側のステージングブロック（ステージングブロック３Ｂ）を選択する。そして、本実施形態に係るステージング処理部１００は、ブロック選択部１００１が選択したステージングブロック３Ｂのみの燃焼により、負荷調整部１０１で設定されたタービン負荷Ｌ１’に対応する燃焼を実施する（図９Ａ下段参照）。
これにより、フラッシュバックがステージングブロック３Ａにおいて発生した瞬間、直ちにＡ系統への燃料供給が停止される処理が成され、ステージングブロック３Ａにおける燃焼を停止させることができる。
同様に、燃焼システム１の運転中、ある時刻ｔにおいて、ステージングブロック３Ｂに属するメイン燃料ノズル３４～３７（図８）のいずれかでフラッシュバックが発生した場合を例として、図９Ｂを参照しながら説明する。
時刻ｔにおいてステージングブロック３Ｂでフラッシュバックの発生が生じると、まず逆火検知部４２、４３のいずれかが、所定の閾値ＴＨを上回る検知信号を出力する（図９Ｂ上段参照）。この閾値ＴＨを上回る検知信号が入力された発生箇所特定部１０２は、その出力元が逆火検知部４２または４３であることを受け、フラッシュバックがステージングブロック３Ｂ（Ｂ系統）で発生したと判定し、負荷調整部１０１へその旨を通知する。このとき、本実施形態に係る負荷調整部１０１は、図９Ａの場合と同一のタービン負荷Ｌ１’（図９Ｂ下段）まで低下させる。
一方、発生箇所特定部１０２は、フラッシュバックがステージングブロック３Ｂで発生したとの判定を、ブロック選択部１００１にも通知する。ブロック選択部１００１は、この通知により、フラッシュバックが発生していない側のステージングブロック（ステージングブロック３Ａ）を選択する。そして、本実施形態に係るステージング処理部１００は、ブロック選択部１００１が選択したステージングブロック３Ａのみの燃焼により、負荷調整部１０１で設定されたタービン負荷Ｌ１’に対応する燃焼を実施する（図９Ｂ下段参照）。
これにより、フラッシュバックがステージングブロック３Ｂにおいて発生した瞬間、直ちにＢ系統への燃料供給が停止される処理が成され、ステージングブロック３Ｂにおける燃焼を停止させることができる。
なお、図９Ａ、図９Ｂを用いて説明した燃焼制御装置１０の各処理は、第１の実施形態における処理フロー（図６）のうち、ステージングブロック３Ａまたはステージングブロック３Ｂへの燃料供給停止処理（ステップＳ１２ａまたはステップＳ１２ｂ）に対応するものである。本実施形態に係る燃焼制御装置１０の処理フローは、それ以外の処理ステップにおいては、第１の実施形態と同等であるため、その説明を省略する。
以上のように、第２の実施形態に係る燃焼システム１によっても、フラッシュバックが発生した場合であっても、トリップを行わずに自装置を安全に停止させることができるため、燃焼システム１自身への負担を軽減でき、結果として、装置としての寿命を改善することができる。
また、本実施形態に係る燃焼システム１は、ステージングブロック３Ａ、３Ｂが、互いに同等の燃焼能力を有しているため、単一のステージングブロックで対応可能なタービン負荷（タービン負荷Ｌ１’）であれば、ステージングブロック３Ａ、３Ｂの何れにおける燃焼であってもよい。したがって、負荷調整部１０１は、フラッシュバックが発生したステージングブロックに合わせてタービン負荷Ｌの値を変更する必要がないので、フラッシュバック発生時の処理を一層簡素化することができる。
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係る燃焼システムの一例について図面を参照して説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。
図１０に示すように、第３の実施形態に係る燃焼システム１は、第１の実施形態（図１）、第２の実施形態（図７）と同様に、燃焼制御装置１０、燃焼器２、燃料調整部５を備えている。なお第１の実施形態及び第２の実施形態と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０において、本実施形態に係る燃焼システム１は、燃焼制御装置１０が故障判定部１０４を備え、また、燃焼器２からの燃焼ガスの流路に状態量センサ２３を備えている点で、第２の実施形態と異なる。
故障判定部１０４は、フラッシュバックが発生した後、当該フラッシュバックにより燃焼器２が損傷していないか否かを、燃焼システム１の状態量から間接的に判定する。この状態量とは、状態量センサ２３を介して取得されるパラメータであって、具体的には、例えば、燃焼器２からタービン６へ向かう排ガスの組成（ＮＯｘ、ＣＯ等の濃度）である。
以下、本実施形態においては、状態量センサ２３は、排ガスのＮＯｘ濃度を取得可能なガスセンサであることを例に説明する。ただし、状態量センサ２３は、その他、燃焼処理中の燃焼システム１の振動を検出する振動センサ、金属の温度分布を取得する温度センサ、またはこれらの組み合わせ等であってもよく、故障判定部１０４も、これらの変形に応じて評価の対象とするパラメータを変形可能である。
図１１は、第３の実施形態に係る故障判定部の機能を説明する図である。
本実施形態に係る故障判定部１０４は、図１１の実線又は破線に示すような状態量（ＮＯｘ濃度）の推移をフラッシュバック発生の前後において取得し、これらを比較する。具体的には、故障判定部１０４は、まず燃焼システム１の正常運転時において、状態量センサ２３を介して取得されるＮＯｘ濃度の推移を記憶する（図１１実線）。そして、何れかのメイン燃料ノズル群３においてフラッシュバックが発生し、燃焼制御装置１０による回復処理（ステップＳ１１～Ｓ１３（図６））が実施された後、故障判定部１０４は、燃焼制御装置１０による正常運転への復帰の際に、再度、ＮＯｘ濃度の推移を取得し（図１１破線）、フラッシュバック発生前の推移（図１１実線）と比較する。
例えば、図１１の場合、故障判定部１０４は、フラッシュバック発生前に取得したＮＯｘ濃度の推移（実線）と、フラッシュバック発生後に取得したＮＯｘの推移（破線）とが、大きく異なっていることを検出する。より具体的には、故障判定部１０４は、フラッシュバック発生前のＮＯｘ濃度の推移（実線）を中心とした一定幅の閾値Ｐ、Ｑ（図１１）を設定し、フラッシュバック発生後のＮＯｘ濃度の推移が、当該閾値Ｐ、Ｑの範囲内に収まっていないことを検出する。
この場合、故障判定部１０４は、フラッシュバックにより、燃焼器２内部において何らかの破損、損傷が生じているものと判断し、その旨を通知する信号を負荷調整部１０１に出力する。
図１２は、第３の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。
ここで、第１の実施形態及び第２の実施形態と同一の処理ステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１２に示す処理フローは、燃焼システム１の正常運転時、すなわち燃料供給により燃焼室Ｓ（図２）において正常に燃焼がなされている場合において開始される。なお本実施形態に係る故障判定部１０４は、この正常運転時の段階において、状態量センサ２３を介してＮＯｘ濃度の推移（図１１の実線）を取得している。
第１の実施形態（第２の実施形態）に係る燃焼制御装置１０は、ステップＳ１３（図６）において、発生箇所特定部１０２が、確実にフラッシュバックが消えたことを判定すると、安全確認のために、ステップＳ１４（図６）において、正常運転を維持しながら燃焼システム１を停止する処理を行った。
しかし、本実施形態に係る燃焼制御装置１０は、ステップＳ１３において、発生箇所特定部１０２が、確実にフラッシュバックが消えたことを判定すると、負荷調整部１０１は、引き下げたタービン負荷Ｌを再度上昇させ、正常運転を再開する（ステップＳ３０）。このとき、ステージング処理部１００は、ステージングパターンＳＰ（図４）を参照しながら、再度上昇するタービン負荷Ｌに応じてＡ系統、Ｂ系統を通じての燃料供給を増加させていく。
本実施形態に係る故障判定部１０４は、ステップＳ３０における正常運転再開処理において、再度、状態量センサ２３を介してＮＯｘ濃度の推移（図１１の破線）を取得する。そして、故障判定部１０４は、最初の正常運転時において取得したＮＯｘ濃度の推移（図１１の実線）と、フラッシュバック状態から回復した後の正常運転再開時において取得したＮＯｘ濃度の推移（図１１の破線）とを比較して、フラッシュバック発生による燃焼器２の故障、損傷がないかを判定する（ステップＳ３１）。具体的には、上述したように、故障判定部１０４は、フラッシュバック発生前のＮＯｘ濃度の推移（実線）を中心とした一定幅の閾値Ｐ、Ｑ（図１１）を設定し、フラッシュバック発生後のＮＯｘ濃度の推移が、当該閾値Ｐ、Ｑの範囲内に収まっているか、否かに基づいて、故障、損傷の有無を判定する。
ＮＯｘ濃度の推移を比較した結果、故障判定部１０４がフラッシュバック発生による燃焼器２の故障、損壊があると判定すると（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、負荷調整部１０１及びステージング処理部１００は、タービン負荷Ｌを徐々に下げて燃料供給量を減らし、燃焼システム１を安全に停止させる（ステップＳ１４）。
一方、フラッシュバック発生前後におけるＮＯｘ濃度の推移に差異が無く、故障判定部１０４がフラッシュバック発生による燃焼器２の故障、損壊がないと判定すると（ステップＳ３１：ＮＯ）、負荷調整部１０１及びステージング処理部１００は、ステップＳ３０の正常運転をそのまま継続する（ステップＳ３２）。このように、負荷調整部１０１が再度、負荷量を上昇させて自装置の通常運転を再開することで、燃焼システム１をフラッシュバック発生前の運転段階に復帰させることができる。
第１、第２の実施形態に係る燃焼システム１は、フラッシュバック状態からの回復後、安全確認のため、常に、燃焼処理を安全停止させていた（図６のステップＳ１４）。しかし、本実施形態に係る燃焼システム１は、フラッシュバック状態からの回復後は、正常運転を再開する。そして、本実施形態に係る燃焼システム１は、その正常運転再開の過程において、状態量（ＮＯｘ濃度）の推移に異常があれば、燃焼器２が損壊したものとして、運転停止処理に移行する。このようにすることで、本実施形態に係る燃焼システム１は、フラッシュバック回復処理後において燃焼器２の故障、損壊が見られない場合、すぐに正常運転を再開することができる。
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態に係る燃焼システムの一例について図面を参照して説明する。
図１３は、第４の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。
図１３に示すように、第４の実施形態に係る燃焼システム１は、第１～第３の実施形態と同様に、燃焼制御装置１０、燃焼器２、燃料調整部５を備えている。なお第１～第３の実施形態と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１３に示すように、本実施形態に係る燃焼システム１は、第２の実施形態に係る燃焼システム１において、ステージング処理部１００が、さらにステージング切替部１００２を備えている。
ステージング切替部１００２は、フラッシュバック状態から回復し、直ちに正常運転を再開させる際に、予め用意されたステージングパターンＳＰが定める運転ラインから外れたか否かを判定する。そして、ステージング切替部１００２は、フラッシュバック状態から回復した時点において、ステージングパターンＳＰが定める運転ラインから外れていると判定したときは、現在燃料供給が停止しているステージングブロックと、燃料供給がなされ燃焼処理を継続しているステージングブロックと、を切り替えて、ステージングパターンＳＰが定める運転ラインに乗せる処理を行う。
図１４は、第４の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する図である。
図１４は、燃焼システム１がステージングパターンＳＰ１に従って正常運転している場合において、時刻ｔ１で、ステージングブロック３Ｂを構成するメイン燃料ノズル３４、３５、３６、３７（図８参照）のいずれかでフラッシュバックが発生した場合における燃焼制御装置１０の復帰処理を表している。
このとき、負荷調整部１０１は、直ちにタービン負荷ＬをＬ１’まで低減させるとともに、ステージング処理部１００は、フラッシュバックが発生していない方のステージングブロック３Ａを選択してタービン負荷Ｌ１’に対応する燃焼を行う。タービン負荷Ｌ１’は、単一のステージングブロックのみで対応可能な負荷量であるから、時刻ｔ１’において、ステージング処理部１００によりステージングブロック３Ｂへの燃料供給が停止され、ステージングブロック３Ｂで発生したフラッシュバックは消失する。
次に、時刻ｔ２において、発生箇所特定部１０２が、確実にフラッシュバックが消失したと判定すると、負荷調整部１０１は、正常運転を再開すべく、再び負荷を上昇させる処理を行う。この際、ステージング処理部１００のステージング切替部１００２は、ステージングパターンＳＰが定める運転ラインから外れているか否かを判定し、外れていると判定したときは、現在燃料供給が停止しているステージングブロック３Ｂと、燃料供給がなされ燃焼処理を継続しているステージングブロック３Ａと、を切り替える処理を行う。
例えば、ステージングパターンＳＰが定める通常の運転ラインにおいて、タービン負荷Ｌ１’に対しては、ステージングブロック３Ｂのみの燃焼で対応する場合、時刻ｔ１’～ｔ２における運転状態は、通常の運転ラインから外れていることになる。したがって、ステージング切替部１００２は、燃料供給がなされているステージングブロック３Ａと、フラッシュバック発生により燃料供給が停止されたステージングブロック３Ｂと、の燃料供給先を切り替える処理を行う。これにより、ステージング処理部１００は、タービン負荷Ｌ１’に対応して、ステージングブロック３Ｂへの燃料供給を開始するとともに、ステージングブロック３Ａへの燃料供給を停止し、ステージングパターンＳＰで定められた通常の運転ラインに復帰する処理を行う。
図１５は、第４の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。
ここで、第１～第３の実施形態と同一の処理ステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態に係る燃焼制御装置１０の処理フローは、第３の実施形態と同様に、フラッシュバック状態からの回復後（ステップＳ１３：ＹＥＳ）に、燃焼システム１の通常運転を再開する（ステップＳ３０）。ただし、本実施形態においては、燃焼システム１の通常運転を再開する前に、ステージング切替部１００２が、フラッシュバック回復後（図１４、時刻ｔ１’～ｔ２）の運転状態がステージングパターンＳＰで定められている運転ラインから外れているか否かを判定する（ステップＳ４０）。具体的には、ステージング切替部１００２は、フラッシュバック回復後の時点において実際に燃焼を維持しているステージングブロックと、ステージングパターンＳＰが定める通常の運転ラインにおいてタービン負荷Ｌ１’に対応して燃焼すべきステージングブロックと、が一致しているか否かを判定する。
そして、運転状態がステージングパターンＳＰで定められている通常の運転ラインから外れていると判定した場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、ステージング切替部１００２は、燃焼するステージングブロックを切り替える処理を行う（ステップＳ４１）。
例えば、フラッシュバック発生からの回復運転（時刻ｔ１’以降（図１４））において燃焼中のステージングブロックが「ステージングブロック３Ａ」であって、一方、ステージングパターンＳＰが定める通常の運転ラインにおいてタービン負荷Ｌ１’に対応して燃焼すべきステージングブロックが「ステージングブロック３Ｂ」であった場合、ステージング切替部１００２は、その運転状態がステージングパターンＳＰで定められている運転ラインから外れていると判定する（ステップＳ４０：ＮＯ）。そして、ステージング切替部１００２は、その判定と共に、燃料の供給先をステージングブロック３Ａからステージングブロック３Ｂへと切り替える（図１４、時刻ｔ２）。なお、このとき、ステージング処理部１００は、燃料の供給量自体は変化させないようにし、タービン負荷Ｌ１’が変動しないようにする。
一方、フラッシュバックからの回復後の運転状態がステージングパターンＳＰで定められている通常の運転ラインと一致している判定した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、ステージング切替部１００２は、そのまま、ステージングパターンＳＰで定められた通常の運転ラインにしたがって正常運転を再開する（ステップＳ３０）。
以上の処理により、燃焼システム１は、フラッシュバック回復処理により通常の運転ラインから外れたときは、燃焼すべきステージングブロックを切り替えて、強制的に通常の運転ラインに復帰させる処理を行う。これにより、燃焼システム１は、以降の運転については、通常の運転ライン（ステージングパターンＳＰ）にしたがって正常運転を再開することができる。
このようにすることで、燃焼システム１は、通常の運転ラインを定めた一種類のステージングパターンＳＰのみで、フラッシュバック発生後も通常運転を再開することができ、装置の低コスト化を図ることができる。
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態に係る燃焼システムの一例について図面を参照して説明する。
図１６は、第５の実施形態に係る燃焼システムの機能構成を示す概略図である。
図１６に示すように、第５の実施形態に係る燃焼システム１は、第１～第４の実施形態と同様に、燃焼制御装置１０、燃焼器２、燃料調整部５を備えている。なお第１～第４の実施形態と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１６に示すように、本実施形態に係る燃焼システム１は、第２の実施形態に係る燃焼システム１において、ステージング処理部１００が、さらにパターン選択部１００３を備えている。また、記憶部１０３には、ステージングプログラムＳＰ１と、ステージングプログラムＳＰ２の２パターンが記憶されている。
パターン選択部１００３は、フラッシュバック状態から回復した後の運転状態に応じて、燃焼システム１の正常運転再開時に適用する運転ラインを、ステージングプログラムＳＰ１、ＳＰ２から選択する。
図１７Ａ、図１７Ｂは、第５の実施形態に係るステージングパターンの例を説明する第１、第２の図である。
本実施形態に係る記憶部１０３には、２種類のステージングパターンＳＰ１、ＳＰ２が記憶される。
本実施形態に係るステージング処理部１００は、例えば、通常運転時においては、ステージングパターンＳＰ１に基づいて、タービン負荷Ｌに応じた燃料供給を実施する。具体的には、運転開始時、負荷調整部１０１がタービン負荷Ｌを上昇させると、ステージング処理部１００は、ステージングパターンＳＰ１に基づいて、最初にＡ系統にのみ燃料を供給し、ステージングブロック３Ａにおける燃焼処理を実施する。そして、一定以上タービン負荷Ｌが上昇すると、Ｂ系統にも燃料供給が開始され、タービン負荷Ｌ２’の段階においては、Ａ系統へ供給量Ｐａ２’、Ｂ系統へ供給量Ｐｂ２’（Ｐａ２’、Ｐｂ２’＞０）の燃料が供給される。
一方、ステージングパターンＳＰ２は、ステージングパターンＳＰ１と異なる運転ラインを定めている。図１７Ａ、図１７Ｂに示すステージングプログラムＳＰ２によれば、負荷調整部１０１がタービン負荷Ｌを上昇させると、ステージング処理部１００は、最初にＢ系統にのみ燃料を供給し、ステージングブロック３Ｂにおける燃焼処理を実施する。そして、一定以上タービン負荷Ｌが上昇すると、Ａ系統にも燃料供給が開始され、タービン負荷Ｌ２’の段階においては、Ａ系統へ供給量Ｐａ２’、Ｂ系統へ供給量Ｐｂ２’の燃料が供給される。つまり、ステージングパターンＳＰ１、ＳＰ２は、タービン負荷Ｌに対応して燃焼すべきステージングブロック３Ａ、３Ｂが相互に入れ替わって定められている。
なお、ステージング処理部１００がステージングパターンＳＰ２にしたがって運転を行っているときは、パターン選択部１００３は、運転状態がステージングパターンＳＰ１に基づく運転ラインと一致（交差）する時点（例えば、タービン負荷ＬがＬ２’に達した時点）において、運転中のステージングパターンをＳＰ２からＳＰ１に切り替える処理を行ってもよい。この場合、ステージングパターンＳＰ２は、少なくとも、タービン負荷Ｌが０～Ｌ２’の間における運転ラインが定められていればよい。
図１８、図１９は、第５の実施形態に係る燃焼制御装置の機能を説明する第１の図、第２の図である。
図１８は、燃焼システム１がステージングプログラムＳＰ１にしたがって、正常運転している場合において、時刻ｔ１で、ステージングブロック３Ｂを構成するメイン燃料ノズル３４、３５、３６、３７（図８参照）のいずれかでフラッシュバックが発生した場合における燃焼制御装置１０の復帰処理を表している。
このとき、負荷調整部１０１は、直ちにタービン負荷ＬをＬ１’まで低減させるとともに、ステージング処理部１００は、フラッシュバックが発生していない方のステージングブロック３Ａを選択してタービン負荷Ｌ１’に対応する燃焼を行う。タービン負荷Ｌ１’は、単一のステージングブロックのみで対応可能な負荷量であるから、時刻ｔ１’において、ステージング処理部１００によりステージングブロック３Ｂへの燃料供給が停止され（図１８参照）、ステージングブロック３Ｂで発生したフラッシュバックは消失する。
次に、時刻ｔ２において、発生箇所特定部１０２が、確実にフラッシュバックが消失したと判定すると、負荷調整部１０１は、正常運転を再開すべく、再び負荷を上昇させる処理を行う。この際、ステージング処理部１００のパターン選択部１００３は、フラッシュバック回復時における運転状態に応じて、正常運転再開時に使用するステージングパターンを選択する処理を行う。
例えば、図１８によれば、時刻ｔ１’～ｔ２において、タービン負荷Ｌ１’に対応してステージングブロック３Ａのみが燃焼処理を実施している。この場合、パターン選択部１００３は、フラッシュバック回復後の時刻ｔ２における運転状態が、ステージングパターンＳＰ２よりもステージングパターンＳＰ１のほうに近いと判断し、時刻ｔ２以降の正常運転を、ステージングパターンＳＰ１にしたがって実施することを選択する（図１８参照）。
一方、図１９は、燃焼システム１がステージングプログラムＳＰ１にしたがって、正常運転している場合において、時刻ｔ１で、ステージングブロック３Ａを構成するメイン燃料ノズル３０、３１、３２、３３（図８参照）のいずれかでフラッシュバックが発生した場合における燃焼制御装置１０の復帰処理を表している。
このとき、図１８に示した場合と同様に、負荷調整部１０１は、直ちにタービン負荷ＬをＬ１’まで低減させ、さらにステージング処理部１００は、フラッシュバックが発生していない方のステージングブロック３Ｂを選択してタービン負荷Ｌ１’に対応する燃焼を行う。これにより、ステージングブロック３Ａへの燃料供給が停止され（図１９参照）、ステージングブロック３Ａで発生したフラッシュバックは消失する。
次に、時刻ｔ２において、発生箇所特定部１０２が、確実にフラッシュバックが消失したと判定すると、負荷調整部１０１は、正常運転を再開すべく、再び負荷を上昇させる処理を行う。
図１９によれば、時刻ｔ１’～ｔ２において、タービン負荷Ｌ１’に対応してステージングブロック３Ｂのみが燃焼処理を実施している。この場合、パターン選択部１００３は、フラッシュバック回復後の時刻ｔ２における運転状態が、ステージングパターンＳＰ１よりもステージングパターンＳＰ２のほうに近いと判断し、時刻ｔ２以降の正常運転を、ステージングパターンＳＰ２にしたがって実施することを選択する（図１９参照）。
図２０は、第５の実施形態に係る燃焼制御装置の処理フローを説明する図である。
ここで、第１～第４の実施形態と同一の処理ステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態に係る燃焼制御装置１０の処理フローは、第３の実施形態と同様に、フラッシュバック状態からの回復後（ステップＳ１３：ＹＥＳ）に、燃焼システム１の通常運転を再開する（ステップＳ３０）。ただし、本実施形態においては、燃焼システム１の通常運転を再開する前に、パターン選択部１００３が、フラッシュバック回復後（図１４、時刻ｔ１’～ｔ２）の運転状態が、ステージングパターンＳＰ１、ＳＰ２のいずれに近いかを判定する（ステップＳ５０）。そして、時刻ｔ２における運転状態がステージングパターンＳＰ１に近い場合（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、パターン選択部１００３は、ステージングパターンＳＰ１を選択する（ステップＳ５１ａ）。また、時刻ｔ２における運転状態がステージングパターンＳＰ２に近い場合（ステップＳ５０：ＮＯ）、パターン選択部１００３は、ステージングパターンＳＰ２を選択する（ステップＳ５１ｂ）。
ステップＳ５０～Ｓ５１ａ、Ｓ５１ｂにおける処理の例として、パターン選択部１００３は、フラッシュバック回復後（時刻ｔ２）の時点において、タービン負荷Ｌ１’に対応して実際に燃焼を維持しているステージングブロックが、ステージングブロック３Ａである場合にはステージングパターンＳＰ１を、ステージングブロック３Ｂである場合にはステージングパターンＳＰ２を選択するようにしてもよい。
パターン選択部１００３がステージングパターンＳＰ１、ＳＰ２の何れかを選択すると、ステージング処理部１００は、そのステージングパターンにしたがって燃料供給を行う。これにより、燃焼システム１の正常運転が開始される（ステップＳ３０）。なお、ステップＳ３０においてステージングパターンＳＰ２にしたがって運転しているときは、パターン選択部１００３は、上述したように、ステージングパターンＳＰ１と一致（交差）する段階で、ステージングパターンＳＰ１に移行してもよい。
以上の処理により、燃焼システム１は、フラッシュバック回復処理の後、通常の運転ラインに復帰するにあたり、その時点における運転状態から最も近い運転ラインを選択しながら軌道修正を行う。このようにすることで、いずれのステージングブロックでフラッシュバックが発生したとしても、そこから通常運転を再開するにあたり、燃料供給先の急峻な切り替えが起こらない。つまり、第５の実施形態に係る燃焼システム１は、第４の実施形態に係る燃焼システム１と比較して、ステージングパターンを予め複数用意しておく必要があるものの、その分、フラッシュバック回復処理に合わせたステージングパターンの選択が可能となり、より負荷変動量の小さい運転再開を実現することができる。
なお、上述した第４、第５の実施形態に係る燃焼制御装置１０の処理フローは、それぞれ図１５、図２０に示したものに限定されることはない。例えば、正常運転再開処理（図１５、図２０のステップＳ３０）がなされる場合に、さらに第３の実施形態に係る燃焼制御装置１０のように、フラッシュバックによる燃焼器２の故障有無判定処理（図１２のステップＳ３１）を実施してもよい。この場合、第４、第５の実施形態に係る燃焼制御装置１０は、故障判定部１０４を備えるものとする。
なお、上述の各実施形態に係る燃焼システム１は、いずれも、２つのステージングブロック３Ａ、３Ｂを有し、ステージングブロック３Ａ、３Ｂごとに燃焼処理を実施する態様として説明した。しかし、当該実施形態に係る燃焼システム１は、この態様に限定されず、例えば、３つ以上のステージングブロックを有する態様であってもよい。この場合、ステージングパターンＳＰ（ＳＰ１、ＳＰ２）は、タービン負荷Ｌに応じた３つ以上の各ステージングブロックへの燃料の供給量を定めるものとする。
なお、上述の燃焼制御装置１０は、内部にコンピュータシステムを有している態様であってもよい。そして、上述した燃焼制御装置１０の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また燃焼制御装置１０は、上述した各機能部が、さらにネットワークを介して接続された複数の装置に分散して具備されるものであってもよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
上述の燃焼システム、燃焼制御装置、燃焼制御方法及びプログラムによれば、フラッシュバックが生じた際の復帰、停止処理における装置への負担を軽減することができる。
１・・・燃焼システム
１０・・・燃焼制御装置
１００・・・ステージング処理部
１０１・・・負荷調整部
１０２・・・発生箇所特定部
１０３・・・記憶部
１０４・・・故障判定部
１００１・・・ブロック選択部
１００２・・・ステージング切替部
１００３・・・パターン選択部
２・・・燃焼器
２１・・・メイン燃料供給口
２２・・・パイロット燃料供給口
２３・・・状態量センサ
３・・・メイン燃料ノズル群
３ａ・・・パイロット燃料ノズル
３０～３７・・・メイン燃料ノズル
４０～４４・・・逆火検知部
５・・・燃料調整部
６・・・タービン
７・・・発電機

Claims (12)

  1. 燃焼システムに用いられ、フラッシュバックを検知する逆火検知部からの検知信号に基づいて前記フラッシュバックが発生したメイン燃料ノズルを含むステージングブロックへの燃料供給を停止する燃焼制御装置であって、
    前記燃焼システムの負荷量と、前記ステージングブロック各々への燃料供給量と、の対応関係を示す運転ラインを定めたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示するステージング処理部と、
    前記逆火検知部から前記検知信号が入力された場合に、当該逆火検知部に対応するステージングブロックへの燃料供給が停止されるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う負荷調整部と、
    を備える燃焼制御装置。
  2. 前記負荷調整部は、
    燃料供給が停止するステージングブロックごとに異なるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う
    請求項１に記載の燃焼制御装置。
  3. 前記負荷調整部は、
    前記負荷量を低減する処理の後、前記フラッシュバックが消失した場合において、さらに負荷量を下げて前記燃焼システムの停止処理を実施する
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼制御装置。
  4. 前記負荷調整部は、
    前記負荷量を低減する処理の後、前記フラッシュバックが消失した場合において、再度、負荷量を上昇させて前記燃焼システムの通常運転を再開する
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼制御装置。
  5. 前記フラッシュバックが発生した後、当該フラッシュバックにより前記燃焼システムが故障していないか否かを、前記燃焼システムの状態量から判定する故障判定部を更に備え、
    前記負荷調整部は、
    前記負荷量を低減する処理の後、前記フラッシュバックが消失し、かつ、前記燃焼システムが故障していないと判定した場合に、再度、負荷量を上昇させて前記燃焼システムの通常運転を再開する
    ことを特徴とする請求項４に記載の燃焼制御装置。
  6. 前記故障判定部は、
    前記フラッシュバック発生前に取得した前記状態量の推移と、当該フラッシュバック発生後に取得した前記状態量の推移と、に基づいて、当該フラッシュバックにより前記燃焼システムが故障していないか否かの判定を行う
    ことを特徴とする請求項５に記載の燃焼制御装置。
  7. 前記ステージング処理部は、
    前記負荷調整部による前記負荷量を低減する処理により前記フラッシュバックが消失した時点における運転状態が、前記ステージングパターンで定められた前記運転ラインから外れている場合に、燃料供給が停止しているステージングブロックと、燃料供給がなされ燃焼処理を継続しているステージングブロックと、の燃料供給先を切り替える処理を行う
    ことを特徴とする請求項４から請求項６の何れか一項に記載の燃焼制御装置。
  8. 前記ステージング処理部は、
    前記負荷調整部による前記負荷量を低減する処理により前記フラッシュバックが消失した時点における運転状態に応じて、複数の異なるステージングパターンから一を選択し、当該選択されたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示する
    ことを特徴とする請求項４から請求項６の何れか一項に記載の燃焼制御装置。
  9. 請求項１から請求項８の何れか一項に記載の燃焼制御装置と、
    軸線に沿って延びてパイロット燃料が供給されるパイロット燃料ノズルと、
    前記軸線と平行に延びて前記パイロット燃料ノズルの周囲に複数設けられ、メイン燃料が供給されるメイン燃料ノズルの一以上の組で構成される複数のステージングブロックと、
    前記複数のステージングブロックのそれぞれに対応して複数設けられ、当該対応するステージングブロックを構成する少なくとも一のメイン燃料ノズルにおいて発生したフラッシュバックを検知する逆火検知部と、
    を有する燃焼器と、
    を備えることを特徴とする燃焼システム。
  10. 前記逆火検知部は、
    前記メイン燃料ノズルの対ごとに設けられ、当該対において発生する前記フラッシュバックが検知可能となるように配されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の燃焼システム。
  11. 燃焼システムに用いられ、フラッシュバックを検知する逆火検知部からの検知信号に基づいて前記フラッシュバックが発生したメイン燃料ノズルを含むステージングブロックへの燃料供給を停止する燃焼制御方法であって、
    ステージング処理部が、前記燃焼システムの負荷量と、前記ステージングブロック各々への燃料供給量と、の対応関係を示す運転ラインを定めたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示し、
    負荷調整部が、前記逆火検知部から前記検知信号が入力された場合に、当該逆火検知部に対応するステージングブロックへの燃料供給が停止されるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う
    ことを特徴とする燃焼制御方法。
  12. 燃焼システムに用いられ、フラッシュバックを検知する逆火検知部からの検知信号に基づいて前記フラッシュバックが発生したメイン燃料ノズルを含むステージングブロックへの燃料供給を停止する燃焼制御装置のコンピュータを、
    前記燃焼システムの負荷量と、前記ステージングブロック各々への燃料供給量と、の対応関係を示す運転ラインを定めたステージングパターンに基づいて、当該ステージングブロック各々への燃料供給またはその停止を指示するステージング処理手段、
    前記逆火検知部から前記検知信号が入力された場合に、当該逆火検知部に対応するステージングブロックへの燃料供給が停止されるレベルまで前記負荷量を低減する処理を行う負荷調整手段、
    として機能させることを特徴とするプログラム。
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