(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼バーナと、該拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料供給系と、前記拡散燃焼バーナと同一燃焼室内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナと、該予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系とを備えているガスタービン燃焼装置において、
前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置と、該圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判定装置と、該火炎逆流判定装置の判定出力信号に基づいて前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御装置とを設け、前記圧力検出装置が検出する燃焼器内部の圧力は、前記予混合燃焼バーナの異なる２点間の差圧、または燃焼室の異なる２点間の差圧、または、前記予混合燃焼バーナと燃焼室の差圧であることを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項２】
燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼バーナと、該拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料供給系と、前記拡散燃焼バーナと同一燃焼室内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナと、該予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系と、前記バーナに空気圧縮機からの燃焼用圧縮空気を供給する空気供給系とを備えているガスタービン燃焼装置において、
前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置と、該圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判定装置と、該火炎逆流判定装置の判定出力信号に基づいて前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御装置とを設け、前記圧力検出装置が検出する燃焼器内部の圧力は、前記空気供給系の空気流路部と燃焼室の差圧または予混合燃焼バーナと燃焼室の差圧または空気圧縮機出口部と燃焼室の差圧または隣接する燃焼器の燃焼室間の差圧、または、予混合燃焼バーナの異なる２点間の差圧または燃焼室の異なる２点間の差圧であることを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項３】
前記判定装置の判断が、前記圧力検出装置からの圧力情報とガスタービンの運転情報の両者から判断されるものである請求項１，または２記載のガスタービン燃焼装置。
【請求項４】
燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼バーナと、該拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料供給系と、前記拡散燃焼バーナと同一燃焼室内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナと、該予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系とを備えているガスタービン燃焼装置の火炎逆流検出方法において、
前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置と、該圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判定装置とを設け、前記圧力検出装置からの絶対圧、変動圧、差圧などの物理量に、それぞれ火炎戻り判定基準値を設定し、各物理量の値が前記判定基準値を越えた時刻を基準に、前後ある一定時間の物理量の平均値を求め、この平均値を比較して火炎逆流を判定するようにしたことを特徴とするガスタービン燃焼装置の火炎逆流検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼装置およびその火炎逆流検出方法に係わり、特に燃焼室の軸中心部に拡散燃焼バーナが配置され、かつその周囲に予混合燃焼バーナが配置されているガスタービン燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電用ガスタービン燃焼装置の多くは燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式と、低ＮＯｘ化に有効な予混合燃焼方式の混焼方式で構成され、高負荷運転時には予混合燃焼割合を高くするようにして、すなわち全予混合燃焼あるいはそれに近い状態で低ＮＯｘ化を図るようにしているのが普通である。
【０００３】
一方、このような燃焼を行うように構成されたガスタービン燃焼器において、予混合バーナ（予混合燃焼バーナ）においては、バーナ内部に火炎が逆流する、いわゆる火炎戻り現象が生じ易い。この火炎戻り現象は何らかの原因で予混合火炎が不安定になったり、予混合バーナの燃空比（＝燃料流量／空気流量）が高くなった場合などに発生する現象で、予混合バーナ内に火炎が逆流すると、数秒間で予混合バーナは焼損し、そして焼損した部品によって下流のガスタービン翼が損傷するなどの重大な事故となる。
【０００４】
このため従来においては、火炎を保持する保炎構成を種々工夫し、火炎の安定性を向上させたり、また予混合バーナの燃空比を適正化する装置を設けたりして火炎戻りを防止するようにしてきた。
【０００５】
しかしながら、燃料供給系や空気供給系の誤動作などによって燃焼異常が発生し、予混合バーナに火炎が逆流することが考えられるため、予混合バーナの火炎戻りを検出する技術が必要である。従来一般に採用されている予混合バーナの火炎戻りを検出する技術の一つとして、予混合バーナに熱電対を設置し予混合バーナのメタル温度を検出して火炎戻りを判定し、この信号によって燃料供給系を制御して予混合バーナの焼損を防止するようにしたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された火炎戻り検出装置を備えたガスタービン燃焼器であると、予混合バーナに設置した熱電対の信号を監視することによって火炎戻りを検出することが可能ではあるが、しかしこのものには次のような問題点を有していることが、この度の綿密な実験の結果明らかとなったのである。
【０００７】
すなわち、この従来の火炎戻り検出装置あるいは検出方法では、前述したように予混合バーナに設置した熱電対によって予混合バーナのメタル温度を検出し火炎戻りを判定するものであるが、通常、熱電対は予混合バーナ内部の気流を乱さないように、流路壁面や予混合バーナの出口部に設けた保炎器内部に埋め込まれる場合が多い。このため、予混合バーナに火炎が逆流してから熱電対が温度上昇を開始するまでに時間を要し、熱容量の小さな構造物は熱電対が火炎戻り判定温度に到達する前に焼損を開始してしまう恐れがあると云うことである。
【０００８】
また、高負荷運転時に予混合燃焼割合を高くするように設計された燃焼器では、低負荷運転時における未燃分発生を抑制するため、予混合バーナを複数のセクタに分割し負荷に応じて燃焼するセクタの数を制御する方法が採用されているが、このような燃焼器の場合、従来技術ではセクタ毎に熱電対を設置しなければならず、数多くの熱電対を必要とするばかりか、火炎戻り検出手段が複雑になり、さらに、熱電対等の保守点検に多くの時間および費用が費やされるなどの課題があった。
【０００９】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、火炎戻り検出部の構成が簡単で、かつ予混合バーナに火炎が逆流したことが瞬時に検出され、かつこの検出信号によって燃焼状態を制御して予混合バーナの焼損を充分防止することが可能なこの種のガスタービン燃焼装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼バーナと、この拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料供給系と、前記拡散バーナと同一燃焼室内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナと、この予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系とを備えているガスタービン燃焼装置において、前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判別装置と、この火炎逆流判定装置の判別出力信号に基づいて前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御装置とを設けるようになし所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１１】
またこの場合、前記圧力検出装置が検出する燃焼器内部圧力は、前記予混合燃焼バーナの内部または燃焼室部の絶対圧、または予混合燃焼バーナの異なる２点間の差圧、または燃焼室の異なる２点間の差圧としたものである。
【００１２】
また本発明は、燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼バーナと、この拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料供給系と、前記拡散バーナと同一燃焼室内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナと、この予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系と、前記バーナに空気圧縮機からの燃焼用圧縮空気を供給する空気供給系とを備えているガスタービン燃焼装置において、前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判別装置と、この火炎逆流判定装置の判別出力信号に基づいて前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御装置とを設けるようにしたものである。
【００１３】
またこの場合、前記圧力検出装置が検出する燃焼器内部圧力は、前記予混合燃焼バーナの内部または燃焼室部の絶対圧、または前記空気供給系の空気流路部または予混合燃焼バーナ内部または燃焼室部の変動圧、または前記空気供給系の空気流路部と燃焼室部の差圧または予混合燃焼バーナと燃焼室部の差圧または空気圧縮機出口部と燃焼室部の差圧または隣接する燃焼器の燃焼室間の差圧、または、予混合燃焼バーナの異なる２点間の差圧または燃焼室の異なる２点間の差圧としたものである。
【００１４】
またこの場合、前記判断装置の判断を、前記圧力検出装置からの圧力情報とガスタービンの運転情報の両者から判断するようにしたものである。
【００１５】
また本発明は、燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼バーナと、この拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料供給系と、前記拡散バーナと同一燃焼室内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナと、この予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系とを備えているガスタービン燃焼装置の火炎逆流検出方法において、前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判別装置とを設け、前記圧力検出装置からの絶対圧、変動圧、差圧などの物理量に、それぞれ火炎戻り判定基準値を設定し、各物理量の値が前記判定基準値を越えた時刻を基準に、前後ある一定時間の物理量の平均値を求め、この平均値を比較して火炎逆流を判別するようにしたものである。
【００１６】
すなわちこのように形成されたガスタービン燃焼装置であると、燃焼装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判別装置と、この火炎逆流判定装置の判別出力信号に基づいて前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御装置とが設けられることから、火炎戻り判別が圧力変化検出により行われるので、火炎の逆流は瞬時に検出され、かつその火炎戻り検出部の構成は簡単である。また予混合器への火炎戻りが瞬時に判定されることから、拡散燃料供給系および予混合燃料供給系が早期に制御され、予混合器の焼損を充分防止することが可能となるのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはそのガスタービン燃焼装置を備えたガスタービンプラントの要部が線図で示されている。１がガスタービンであり、２が圧縮機、３が燃焼器である。なお、７は発電機、１６は拡散燃料供給系、１７は予混合燃料供給系、１９は圧力検出器である。
【００１８】
このガスタービンプラントは、主としてガスタービン１と、ガスタービン１に連結され、燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機２と、燃焼器３などにより構成されている。圧縮機２より吐出された圧縮空気は、燃焼器３に導かれ燃焼器内筒４の内部に形成されている燃焼室５で燃料とともに燃焼する。燃焼によって生成された燃焼ガスは、トランジションピース６を経てガスタービン１に噴射されガスタービン１を駆動し、ガスタービンに連結されている発電機７によって発電するように構成されている。
【００１９】
燃焼器３の主な構成は燃料供給系および空気供給系よりなり、これらが外筒８およびエンドカバー９で密閉された圧力容器１０に装着されている。燃焼器内筒４の上流位置には内筒４より径の小さな副室１１が設けられ、この副室１１の上流位置には、拡散燃料ノズル１２が設置され、また、副室１１の外周位置には予混合器１３が設置されている。
【００２０】
予混合器１３の上流位置には、予混合燃料ノズル１４が、また下流位置には予混合火炎の安定性を図る保炎器１５が設置されている。拡散燃料ノズル１２には拡散燃料流量を制御する拡散燃料供給系１６が、予混合燃料ノズル１４には予混合燃料流量を制御する予混合燃料供給系１７が配置されている。
【００２１】
本発明による第一の実施例では、外筒８に燃焼室５の圧力を検出する圧力導管１８および圧力検出器１９を設置し、圧力検出器１９からの燃焼室圧力情報と、ガスタービン運転制御装置２０からのガスタービン運転情報を基に、予混合器１３に火炎が逆流したことを判定する判定器２１を設置するとともに、判定器２１の出力信号に基づいて拡散燃料供給系１６および予混合燃料供給系１７に流れる燃料流量を制御する燃料制御装置２２を設置したものである。
【００２２】
本発明を適用するようなガスタービン燃焼器の運転方法は、ガスタービンの起動から低負荷領域は、燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式で運転し、高負荷領域では予混合燃焼の燃焼比率を高くしたり、拡散燃料を遮断して全予混合運転を行い低ＮＯｘ化を図っている。しかしながら、予混合燃焼比率を高くすると予混合器１３の燃空比（＝燃料流量／空気流量）が高くなり、燃焼室内部の圧力が周期的に変動する燃焼振動が発生したり、予混合器１３に火炎が逆流する火炎戻り現象が発生し易くなることが考えられる。
【００２３】
図２は予混合器に火炎戻りが発生した時の燃焼室の圧力挙動を模式的に示したものである。予混合器内部に火炎が逆流すると、予混合器内部において温度上昇により流速が増加し、これに伴う燃焼損失が大きくなるため、予混合器に流入する空気流量は減少し、その結果、燃焼室の圧力は図２に示されているように低下（圧力Ｃ）する。さらに、予混合器に流入する空気流量は減少するが、予混合器に供給される燃料流量の減少割合は空気流量よりも小さいため予混合器内部の燃空比は上昇し、これによって燃焼損失も大きくなるため予混合器に流入する空気流量はさらに減少し燃焼室の圧力も低下することになる。
【００２４】
また、燃焼室の圧力が周期的に変動する燃焼振動は、燃焼室の気柱共鳴周波数と火炎の変動周期が接近すると発生し、燃焼振動の周波数や振幅は火炎が形成される位置や火炎の長さなどに強い関係がある。したがって、予混合器に火炎が逆流すると燃焼振動は、例えば、圧力振幅Ａで変動していたものが、圧力振幅Ｂのように変化する場合がある。
【００２５】
本実施例は予混合器１３に火炎が逆流した際に生じる燃焼室５の圧力低下および燃焼振動振幅の変化を圧力検出器１９で検出して火炎戻りを判定するものである。
【００２６】
ここで、燃焼室の圧力低下で火炎戻りを判定する方法について説明する。火炎戻りによって低下する圧力Ｃが、予め定められた基準値より大きい場合火炎戻りと判定するが、燃焼振動などが発生している場合、燃焼振動の変動で基準値を越える場合も考えられる。このため、火炎戻りを判定した時刻を基準に、前後数秒間の圧力の平均値を比較して、この値で火炎戻りを判定することが判定精度を上げるのに有効である。
【００２７】
また、燃焼振動の振幅値で火炎戻りを判定する方法は次のようになる。すなわち、火炎戻りによる燃焼振動挙動の変化は、燃焼器や燃焼条件によって異なることが考えられるため、火炎戻り時の燃焼振動挙動を予め把握し、その特性を考慮して判定基準を設ける必要がある。図２には、火炎戻りによって燃焼振動の振幅値が小さくなった例を示したが、この例では、振幅Ａの変化が基準値を越えたときに火炎戻りと判定する。また、判定精度をあげるため、火炎戻りを判定した時刻を基準に、前後数秒間の振幅の平均値を比較し火炎戻りを判定する。
【００２８】
さらに、燃焼室の圧力や燃焼振動は、燃料流量や空気流量等が変化すると変動するため火炎戻りの判定には、圧力検出器１９の燃焼室圧力情報に加えガスタービン運転制御装置２０からの燃料流量や空気流量等のガスタービン運転情報を基に判定器２１で判定する。これらの情報によって予混合器１３に火炎戻りが発生したと確認された場合、瞬時に燃料制御装置２２によって拡散燃料供給系１６および予混合燃料供給系１７に流れる燃料流量を制御し、予混合器１３の焼損を防止するものである。
【００２９】
予混合器１３の火炎戻り時に発生する燃焼室５の圧力低下は、火炎戻りと同時に発生し、これを検出する圧力検出器１９も従来技術の熱電対による検出方法に比較して応答性が速い。このため、火炎戻りを瞬時に判定し燃料流量を制御することが可能なため、熱容量の小さな構造物も焼損を防止することが可能である。
【００３０】
さらに、熱電対による検出方法の場合、熱電対を設置した部分のメタル温度が上昇しなければ火炎戻りを検出することが不可能で、例えば、熱電対を設置していない予混合器のある部分に火炎戻りが発生しても火炎戻りを検出することは不可能である。しかし、本実施例のように燃焼室５の圧力挙動を検出して火炎戻りを検出する場合、予混合器の一部に火炎戻りが発生してもその影響を受け燃焼室５の圧力が変動するため容易に火炎戻りを検出することが可能となる。
【００３１】
また、本実施例では燃焼室５の圧力低下および燃焼振動振幅の変化を圧力検出器１９で検出して火炎戻りを判定する方法を述べたが、火炎戻りの検出は燃焼室５の圧力低下とガスタービン運転情報から判断することも可能である。
【００３２】
次に本発明による第二の実施例を図３を用いて説明する。第二の実施例の基本構成部品は、第一の実施例と同様であり、外筒８に予混合器１３の上流側の圧力を検出する圧力導管２３を設置し、燃焼室５の圧力を検出する圧力導管１８との差圧を検出する差圧計２４を設けたものである。
【００３３】
本発明を適用するガスタービン燃焼器の高負荷領域における燃焼室５の圧力は、数十気圧となり予混合器１３が火炎戻りした時に低下する圧力Ｃに比較して非常に高くなる。したがって、燃焼室５の圧力を検出する測定レンジの大きな圧力変換器１９で火炎戻り時の圧力低下を検出するためには、検出精度の向上が必要となる。
【００３４】
第二の実施例はこの課題を解決するもので、火炎戻り時の圧力低下を燃焼室５と予混合器１３の上流側の差圧で検出するように構成したものである。前述したように予混合器１３に火炎戻りが発生すると、予混合器１３の圧力損失が大きくなり、予混合器１３に空気が流入しにくくなるため、燃焼室５の圧力は低下する。一方、予混合器１３の上流側の圧力にはこの影響が波及しにくいため、火炎戻りの前後で圧力の変化はほとんどない。したがって、予混合器１３に火炎戻りした時に生じる燃焼室５と予混合器１３の上流側の差圧は大きくなり検出精度が向上する。これにより、判定器２１の火炎戻りを判定する正確さが向上するため、火炎戻りによる予混合器１３の焼損を防止することが可能になる。
【００３５】
また、本実施例では、燃焼室５の圧力を検出する圧力導管１８の先端に周波数応答性に優れた変動圧計２５を設置したが、この変動圧計２５によって燃焼室５の燃焼振動の振幅変化を精度よく検出することが可能なため、判別器２１の火炎戻り判定精度を向上させることが可能である。このため、差圧計２４からの圧力情報と変動圧計２５の変動圧情報を重ね合わせて検討することにより、第一の実施例と同等以上の効果が期待できる。
【００３６】
また、本実施例では燃焼室５の圧力低下を差圧計２４で、燃焼室の燃焼振動振幅の変化を変動圧計２５で検出し、これらの情報とガスタービン運転情報から火炎戻りを判定する方法を述べたが、火炎戻りの検出は、差圧計２４からの圧力情報とガスタービン運転情報、または、変動圧計２５の変動圧情報とガスタービン運転情報によって判定することも可能である。
【００３７】
さらに、本実施例では、予混合器１３の火炎戻りによる燃焼室５の圧力低下を、燃焼室と予混合器の上流位置の差圧で検出したが、差圧を測定する位置は予混合器１３の内部または圧縮機出口部、さらに他の燃焼器の燃焼室との何れかでも本発明の効果を発揮することが可能である。
【００３８】
次に、本発明による第三の実施例を図４を用いて説明する。第三の実施例は、高負荷領域で予混合燃焼割合を高くするように設計された燃焼器に本発明を適用した例で、このような燃焼器では低負荷領域での未燃分の発生を抑制するため、予混合器を複数のセクタに分割し負荷に応じて燃焼するセクタの数を制御する方法が採用されている。
【００３９】
燃焼器の軸中心部には拡散燃焼を行う拡散燃焼旋回バーナ２６が、その外周位置に複数の予混合旋回バーナ２７が配置されており、拡散燃焼旋回バーナ２６の拡散燃料ノズル２８には拡散燃料供給系１６が設置され、予混合旋回バーナ２７の予混合燃料ノズル２９には予混合燃料供給系１７が設置され、予混合旋回バーナ２７の出口部には旋回器３０が設置されている。
【００４０】
本実施例ではこのような燃焼器の外筒８に圧力導管３１を設置したものであり、他の構成部品は第二の実施例と同様である。圧力導管３１は二重管に形成され内周側の圧力導管は燃焼室５の圧力を、外周側の圧力導管は予混合器１３上流部の圧力を検出するように構成されている。内周側の圧力導管は差圧計２４と変動圧計２５に接続され、外周側の圧力導管は差圧計２４に接続されている。以上のように構成することによって第二の実施例と同等の効果を得ることが可能となる。
【００４１】
また、本実施例のような燃焼器では負荷に応じて各セクタを順次燃焼させる運転を行うが、このような運転方法の場合、負荷上昇時にある特定のセクタで火炎戻りが発生することが考えられる。複数に分割されたセクタのうち一つのセクタで火炎戻りが発生した場合、燃焼室５で発生する圧力変化量は小さいが、本実施例のように、燃焼室５と予混合器の上流部の差圧を測定することによって圧力挙動の測定精度を向上することが可能なため、このような場合でも予混合器１３への火炎戻りを判定することが可能となる。
【００４２】
さらに、本実施例では圧力導管３１が二重構造に形成されているため、外筒８に差圧測定孔を複数個所形成する必要がなく、圧力導管の個数も半減できるため測定準備や保守点検などに係る費用を低減することができる。
【００４３】
次に本発明による第四の実施例を図５を用いて説明する。この実施例は第三の実施例と同様に、高負荷領域で予合燃焼割合を高くするように設計された燃焼器に本発明を適用した例である。第一から第三の実施例では、パイロットバーナに燃焼安定性に優れた拡散バーナを用い、メインバーナには低ＮＯｘ化が図れる予混合バーナを用いた燃焼器に本発明を適用した例を示したが、第四の実施例は、低負荷領域でのＮＯｘの発生を抑制するため、パイロットバーナに拡散バーナと予混合バーナを採用し、メインバーナには予混合バーナを用いた燃焼器に本発明を適用したものである。
【００４４】
燃焼器の軸中心部には拡散燃焼を行う拡散燃焼旋回バーナ３２が、その外周位置にパイロットバーナ用の予混合旋回バーナ３３が、さらに、その外周位置にメインバーナ用の予混合バーナ３４が配置されており、パイロットバーナ用の予混合旋回バーナ３３の上流位置には旋回羽根３５が設置され、その下流位置に予混合燃料ノズル３６が設置され、予混合燃料ノズル３６には予混合燃料供給系３７が設置されている。
【００４５】
本実施例ではこのような燃焼器の外筒８に、第三の実施例と同様な圧力導管３１を設置したものである。圧力導管３１によって燃焼室５の圧力を検出し、パイロットバーナ用予混合バーナ３４あるいは、メインバーナ用予混合バーナ３３の火炎戻りを検出し、予混合燃料供給系１７、３７を燃料制御装置２２で制御することによって第三の実施例と同等の効果を得ることが可能となる。
【００４６】
また、本実施例のような燃焼器では、部分負荷時にもパイロットバーナ用予混合バーナ３４を燃焼させるが、燃焼状態の変化の激しい部分負荷運転時に予混合燃焼を行うと不安定燃焼などを起こしやすく、火炎戻りが発生することも考えられるが、本実施例のように、燃焼室５と予混合器の上流部の差圧を測定することによって圧力挙動の測定精度を向上することが可能なため、このような場合でもパイロットバーナ用予混合バーナ３４の火炎戻りを判定することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施例を適用する燃焼器では高負荷領域においてパイロットバーナ用予混合バーナ３４と、メインバーナ用予混合バーナ３３の両方を燃焼させるが、本実施例では圧力挙動の測定精度を向上することが可能なため、何れかの予混合バーナに火炎戻りが発生しても火炎戻りを判定することが可能である。
【００４８】
次に本発明による第五の実施例を図６を用いて説明する。この実施例のガスタービン燃焼器の主要構成部品は第二の実施例と同様である。本実施例では燃焼室５の圧力を検出する圧力導管１８、３８を燃焼室５の軸方向の異なる位置に設置し、燃焼室の軸方向の差圧を差圧計２４で検出するように構成したものである。
【００４９】
本実施例のように予混合器１３に設置された保炎器１５によって保持される予混合火炎３９は、予混合器１３の燃空比などによって火炎の形成される位置や火炎形状が変化し、予混合器１３の燃空比が高くなると予混合火炎３９の広がり角度が大きくなるため、予混合火炎３９が内筒４に接する位置は予混合器１３に接近するような特性が示されている。予混合器に火炎が接近すると火炎戻りが発生し易くなることから、本実施例は予混合火炎３９の形成位置を燃焼室５の軸方向の差圧から検出して、予混合器１３への火炎戻りを未然に防止するようにしたものである。
【００５０】
予混合火炎３９が形成される位置と差圧計２４の出力信号の関係について説明する。予混合火炎３９が圧力導管１８と３８の間に形成された場合、予混合火炎３９によって温度が上昇し流速が増加するため、これによって燃焼損失が増加する。このため、予混合火炎３９より上流位置に設置した圧力導管１８の圧力は予混合火炎３９より下流位置に設置した圧力導管３８より高くなるため差圧が大きくなる。
【００５１】
次に、予混合器１３の燃空比が高くなり予混合火炎３９が圧力導管１８の上流側に形成されると、圧力導管１８の圧力は下流側に設置した圧力導管３８の圧力とほぼ等しくなるため差圧が小さくなる。
【００５２】
したがって、燃焼室５の軸方向の異なる位置の圧力を差圧計２４で検出することによって予混合火炎３９の形成位置を予測することが可能となる。前述したように予混合火炎３９が予混合器１３に接近すると予混合器１３へ火炎が戻り易くなることから、差圧計２４の差圧情報を基に判定器２１によって火炎の形成位置を判定し、この情報から燃料制御装置２２を制御して予混合器１３への火炎戻りを未然に防止することが可能となる。
【００５３】
以上説明してきたようにこのように形成されたガスタービン燃焼装置であると、火炎戻り検出が圧力変化検出により行われるので、火炎戻り検出部の構成は簡単であり、また燃焼室の圧力を検出することで予混合器の火炎戻りを瞬時に判定することが可能であり、この結果、拡散燃料供給系および予混合燃料供給系を制御することにより予混合器の焼損を充分防止することが可能となり、延いてはガスタービン燃焼装置の信頼性を向上させることができるのである。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、火炎戻り検出部の構成が簡単で、かつ予混合バーナに火炎が逆流したことが瞬時に検出され、かつこの検出信号によって燃焼状態を制御して予混合バーナの焼損を充分防止することが可能なこの種のガスタービン燃焼装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン燃焼器装置を備えたガスタービンプラントを示す縦断側面図である。
【図２】火炎戻り時の燃焼室圧力挙動の説明図である。
【図３】本発明のガスタービン燃焼器装置の第二の実施例を示す縦断側面図である。
【図４】本発明のガスタービン燃焼器装置の第三の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】本発明のガスタービン燃焼器装置の第四の実施例を示す縦断側面図である。
【図６】本発明のガスタービン燃焼器装置の第五の実施例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１…ガスタービン、２…圧縮機、３…燃焼器、１６…拡散燃料供給系、１７…予混合燃料供給系、１８，２３，３１，３８…圧力導管、１９…圧力検出器、２０…ガスタービン運転制御装置、２１…判定器、２２…燃料制御装置、２４…差圧計、２５…変動圧計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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