(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧縮機から吐出空気と燃料配管を経て供給される燃料とを混合燃焼する燃焼器と、前記燃焼器にて燃焼された燃焼ガスにて回転駆動されるガスタービンとを備えるガスタービン装置において、
前記燃焼器への予混合燃焼用燃料ノズルに予混合燃焼用燃料を予混合燃焼用流量制御弁にて流量調整して供給する予混合燃焼用配管と、
前記燃焼器への第一系統の拡散燃焼用燃料ノズルおよび前記第一系統の拡散燃焼用ノズルの口径よりも小さい口径の第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルに拡散燃焼用燃料を第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁にて流量調整して供給する第一および第二系統の拡散燃焼用配管と、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が高負荷域から低負荷域に降下していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以下に達したときには、高負荷城で前記燃焼器へ供給していた第二系統の拡散燃焼用燃料に加えて、第一系統の拡散燃焼用燃料の供給を開始するために所定の拡散燃料分配比率で拡散燃焼用燃料を供給するよう前記第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁を調整制御する第一の制御手段と、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記予混合燃焼用流量制御弁を調整制御し予混合燃焼用燃料を増加するとともに、所定の拡散予混合分配比率に従い当該予混合燃焼用燃料の流量増加に応じ拡散燃焼用燃料を減少修正するよう前記第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁を調整制御する第二の制御手段とを具備し、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以上に達したときには、第一系統の拡散燃焼用燃料流量を減少させることにより第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力を高め、高負荷域における拡散燃焼は第二系統の拡散燃焼用燃料のみによるようにしたことを特徴とするガスタ‐ビン装置。
【請求項２】
前記第一の制御手段および第二の制御手段は、第一および第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの各燃料ノズル圧力比が略等し〈なるよう前記拡散燃料分配比率を操作するものであることを特徴とする請求項１記載のガスタービン装置。
【請求項３】
前記第一系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が所定圧力比設定値以下となったとき、第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力下限値を下回らないように、前記拡散燃料分配比率を修正するようにして第一系統の拡散燃焼用流量制御弁の開度を減少操作する燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のガスタービン装置。
【請求項４】
第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が圧力上限値を上回らないように、前記拡散燃料分配比率を修正するようにして第一系統の拡散燃焼用流量制御弁の開度を増加操作する制御手段とを具備することを特徴とする請求項１または３記載のガスタービン装置。
【請求項５】
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以上に達したときには、第二の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が所定の圧力比設定値となるように前記拡散燃料分配比率を操作することにより第一系統および第二系統の拡散燃焼用燃料による拡散燃焼から第二系統の拡散燃焼用燃料のみによる拡散燃焼に移す燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のガスタービン装置。
【請求項６】
第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が圧力上限値を上回らないように、第二の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力設定値となるように前記拡散燃料分配比率を操作する制御手段とを具備することを特徴とする請求項１または５記載のガスタービン装置。
【請求項７】
前記所定の圧力比設定値は、燃焼ガス温度に従い可変することを特徴とする請求項５記載のガスタービン装置。
【請求項８】
前記所定の圧力設定値は、燃焼ガス温度に従い可変することを特徴とする請求項６記載のガスタービン装置。
【請求項９】
前記第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力上限値以上となったとき、第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力上限値を上回らないように、第二の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力設定値となるように前記拡散予混合分配比率を修正するようるこして前記予混合燃焼用流量制御弁の開度を増加操作する制御手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のガスタービン装置。
【請求項１０】
前記第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力比設定値以下となったとき、第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力比下限値を下回らないように、前記拡散手混合分配比率を修正するようにして前記予混合燃焼用流量制御弁の開度を減少操作する燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のガスタービン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン発電プラントのガスタービン装置に係り、特に燃焼器における安定な燃焼を図りつつ、好適な燃料流量制御を行えるようにしたガスタービン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、従来のガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【０００３】
図２０において、入口空気案内翼１を介して取り入れられた空気は、空気圧縮機２にて高圧空気に圧縮される。その圧縮された吐出空気は空気流路３を通り燃焼器４に入り、燃料の燃焼用空気として使用される。燃焼器４は、ガスタービンを中心として環状に複数台設けられているが、ここでは便宜上、そのうち１台だけを図示している。
【０００４】
一方、図示を省略した燃料圧力制御弁により圧力制御された燃料は、その下流の拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び予混合燃焼用燃料流量制御弁６を介して、それぞれの燃料配管を経て、拡散燃焼用燃料ノズル７及び予混合器を含めて図示した予混合燃焼用燃料ノズル８から燃焼器４に送給され、燃焼器４の器内で燃焼して高温高圧ガスとなる。
【０００５】
なお、前述のように燃焼器４は複数台設けられているので、拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び予混合燃焼用燃料流量制御弁６を通過した燃料は、それぞれ、そのあとに分岐された燃料配管を経て、それぞれ複数台の燃焼器ごとに設けられた燃料ノズルに送給されるように、燃料系統が構成されている。燃焼器の図示を１台としたように、燃料流量制御弁から複数台の各燃料ノズル及び燃焼器へと分岐される燃料配管についても、便宜上、燃料流量制御弁ごとに１本として図示されている。
【０００６】
拡散燃焼用燃料ノズル７から噴射される燃料は、空気中に燃料を噴射して燃やす拡散燃焼と呼ばれる方式の燃焼をする。予混合燃焼用燃料ノズル８から噴射される燃料は、予混合器において図示を省略した空気と予め良く混合しておき、燃料濃度が希薄な状態にして燃やす予混合燃焼と呼ばれる方式の燃焼をする。
【０００７】
この高温高圧の燃焼ガスは、ガスタービン９に送給されてガスタービン軸を回転させ、同軸に結合されている発電機１０より発電機出力を得る。ガスタービン９から排出された排ガスは、煙突から排出されるか、あるいは、コンバインドサイクル発電プラントの場合は、排熱回収ボイラの熱源として利用されたのち煙突に抜けていく。
【０００８】
ガスタービン制御装置１１は、軸端歯車１２に近接して取り付けられた速度検出器１３から得たガスタービン速度Ｎ、空気圧縮機２の入口空気案内翼１の入口空気案内翼角度ＰＩＧＶ、空気圧縮機２の吐出空気流路に設けられた吐出空気圧力検出器１４から得る吐出空気圧力ＰＣＤ、ガスタービン排ガス温度検出器１５から得る排ガス温度ＴＸ、発電機出力検出器１６から得る発電機出力ＭＷ、空気圧縮機２から取り入れる入口空気温度検出器１７及び入口空気圧力検出器１８から得る大気温度Ｔ及び大気圧力Ｐ等の各信号を入力している。
【０００９】
それら各信号に基づいて、ガスタービン制御装置１１は、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤ及び予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰを拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び予混合燃焼用燃料流量制御弁６に与えて燃料流量を調節する。
【００１０】
また、ガスタービン制御装置１１は、入口空気案内翼制御信号ＩＧＶＤを入口空気案内翼１に与えて、空気圧縮機２の入口空気流量を調節している。ガスタービンの起動では、まず、図示を省略した起動モータ及びトルクコンバータによりガスタービン軸に起動トルクが与えられてガスタービン９が回転する。残留燃料をパージしたのち、所定ガスタービン速度にて着火操作が行われる。この着火操作に入る時点から燃焼器４への燃料供給が開始される。
【００１１】
図２１にガスタービン装置のブロック図を示す。
【００１２】
図２１において、着火操作時及び着火以降におけるガスタービン昇速の間、燃料流量制御信号を与えるのが起動制御回路１９である。起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳは、起動制御回路１９により与えられ、着火操作時以降のガスタービン昇速の間、低値選択器２７において燃料流量制御信号ＦＳＲとして低値選択されている。燃料流量制御信号ＦＳＲは、乗算器３０にて、拡散予混合燃料分配比率関数発生器２９が与える拡散予混合燃料分配比率ＤＲと乗算され、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤとなる。この拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤが拡散燃焼用燃料流量制御弁５への開度指令となり、この拡散燃焼用燃料流量制御弁５を通過した燃料は拡散燃焼用燃料ノズル７より燃焼器４の器内に噴射され拡散燃焼が行われる。
【００１３】
ここで、起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳは、起動制御回路１９により図２２に図示されるように与えられる。
【００１４】
図２２において、着火操作を開始する時刻ｔ１にて着火開度制御信号が与えられると拡散燃焼用燃料流量制御弁５は着火開度に制御され、拡散燃焼用燃料ノズル７から燃焼器４の器内に噴射された燃料は、図示を省略した点火器により着火し、燃焼を開始する。時刻ｔ２にて、図示を省略した火炎検知器により着火検出されると、暖機開度制御信号まで開度を減少させて燃料流量を減らし、所定時間だけガスタービンを暖機する。時刻ｔ３にて暖機が完了すると、ただちに起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳを時間ｔの経過とともに所定上限値まで増加させてゆき、ガスタービンを定格速度に向けて速度上昇させる。
【００１５】
ここで、拡散燃焼用燃料流量制御弁５の１次側（入口側）燃料は、図示を省略した燃料圧力制御弁により、図２３で示されるように燃料圧力が制御されている。すなわち、ガスタービン速度が上昇するとともに１次側燃料圧力は上昇し、ガスタービン定格速度ＮＯ以上では所定燃料圧力に維持するように制御されている。
【００１６】
ところで、上述の拡散予混合燃料分配比率ＤＲは次のようにして得られる。燃焼器４の器内燃焼ガスの燃焼ガス温度ＴＦは、図２１に示すように、大気温度Ｔ、大気圧力Ｐ、空気圧縮機２の入口空気案内翼角度ＰＩＧＶ、排ガス温度ＴＸ及び空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ等から関数発生器２８により演算される。そして、この燃焼ガス温度ＴＦに基づいて、拡散予混合燃料分配比率関数発生器２９により、図２４で示すように拡散予混合燃料分配比率ＤＲが得られる。
【００１７】
図２４のように燃焼ガス温度ＴＦが低い域では拡散予混合燃料分配比率ＤＲの値は１としてあるので、ガスタービン昇速中は、起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳ，燃料流量制御信号ＦＳＲ及び拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤの値は等しい。
【００１８】
また、図２１に示すように燃料流量制御信号ＦＳＲから、減算器３１にて拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤを減算して得られた予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰが、予混合燃焼用燃料流量制御弁６の開度指令となる。このように、拡散予混合燃料分配比率ＤＲは、燃料流量制御信号ＦＳＲを拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰとに分配するための分配比率を与えるものである。
【００１９】
燃焼器４には、拡散燃焼用燃料流量制御弁５と予混合燃焼用燃料流量制御弁６を介して、この分配比率で燃料が送給される。従って、拡散予混合燃料分配比率ＤＲの値が１の間は、燃料流量制御信号ＦＳＲが表す燃料総量が、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤにより、拡散燃焼用燃料流量制御弁５を通過して燃焼器４に供給され、予混合燃焼用燃料流量制御弁６は全閉の状態にある。
【００２０】
一方、燃焼器４に空気圧縮機２より送給される燃焼用空気の流量調節は、入口空気案内翼１により行われている。図示を省略した入口空気案内翼制御回路は、ガスタービン速度の上昇に応じて入口空気案内翼制御信号ＩＧＶＤを増加させることにより、燃焼用空気流量を増加させていく。このようにして、燃料と空気流量が増加するに従い、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ及び燃焼器器内圧力も上昇してゆき、ガスタービン速度Ｎが上昇し、やがてガスタービン定格速度近くに達する。
【００２１】
図２１における速度負荷設定器２２には、ガスタービン昇速中はガスタービン定格速度制御のための初期値が設定されている。ガスタービン速度Ｎが上昇するに従い、減算器２３で得られる、速度負荷設定ＮＲとガスタービン速度Ｎの制御偏差ＮＥが小さくなっていく。この制御偏差ＮＥが比例制御器２４に通して得られる信号は、バイアス設定器２５の与える所定バイアス信号と加算器２６で加算されて、速度負荷制御信号ＦＳＲＮとなる。この速度負荷制御信号ＦＳＲＮは、ガスタービン定格速度近くで起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳより小さくなるので、低値選択器２７により選択される燃料流量制御信号ＦＳＲは、起動時燃料流量制御信号ＦＳＲＳから速度負荷制御信号ＦＳＲＮに切り替わる。こうしてガスタービン速度Ｎは速度負荷制御信号ＦＳＲＮにより定格速度に制御される。
【００２２】
すみやかに発電機１０は電力系統に併入され、以降ガスタービン速度Ｎは系統周波数に同期するようになる。
【００２３】
次に、負荷（発電機出力）指令ＭＷＤが外部の装置の増加操作により増加していくと、減算器２０の与える負荷指令ＭＷＤと負荷（発電機出力）ＭＷの偏差が正の極性となり、上下限制限器２１を介して速度負荷設定器２２に、この正の偏差信号が与えられる。速度負荷設定器２２は積分器として動作するので、この正の入力信号に応じて速度負荷設定ＮＲが上昇する。
【００２４】
ガスタービン速度Ｎは系統周波数に等しいので、速度負荷設定ＮＲの上昇に従い、速度負荷制御信号ＦＳＲＮ及び燃料流量制御信号ＦＳＲが増加し、燃焼器４に送給される燃料流量が増加する。燃料流量が増加すると、ガスタービン排ガス温度ＴＸが上昇する。排ガス温度ＴＸが上昇すると、入口空気案内翼制御信号ＩＧＶＤは入口空気案内翼角度ＰＩＧＶを更に開いていく方向に制御して、空気流量を増加させる。このようにして、燃料流量、空気流量が増加すると、空気圧縮機吐出空気圧力ＰＣＤ、燃焼器器内圧力、燃焼ガス温度ＴＦ、負荷ＭＷが増加する。
【００２５】
負荷指令ＭＷＤの増加に応じて負荷ＭＷ、燃焼ガス温度ＴＦが増加していくに従い、図２４で示したように、拡散予混合燃料分配比率ＤＲの値を１から低下していくようにしている。すなわち、図２５に示すように低負荷から中間負荷域に移るに従い、拡散燃焼用燃料流量の比率を低下してゆき、予混合燃焼用燃料流量の比率を増加させていくようにしている。
【００２６】
燃焼器４は、窒素酸化物（ＮＯｘ）排出の低減に有利なことで最近多用されている乾式低ＮＯｘ型燃焼器で、拡散燃焼の燃焼状態は安定であるが火炎温度が高いのでＮＯｘが発生しやすいのに対し、予混合燃焼は火炎温度をより低く保てるのでＮＯｘの発生を抑制できるが燃料濃度が希薄なので燃えにくいという特徴がある。そのため、低負荷域から高負荷域にわたって、それぞれの燃焼方式の特長を生かせるように、燃焼器４に供給する燃料を拡散燃焼用と予混合燃焼用に分配し、燃焼状態の安定性を確保しながらＮＯｘ排出量が少なくなるよう、燃料分配スケジュールが計画される。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のガスタービン装置では、ＮＯｘ低減を極限まで進めようとすると、高負荷の通常運転域では必然的に拡散燃料流量を減らさねばならず、その結果として燃料ノズルの圧力比が低下する傾向にあり、火炎喪失、燃焼振動等の燃焼状態の異常が発生するおそれがある。
【００２８】
さらに、最近では、また、ガスタービン入口ガス温度がより高温化し、ガスタービン容量もより大きくなってきている。つまり、燃料流量、空気流量、燃焼器器内圧力等の各量も増加傾向にある。そのため、燃料流量制御弁、燃料ノズルのサイズ等の選定が難しくなってきている。たとえば、燃料流量の増大に応じるためには、一般に燃料流量制御弁、燃料ノズルのサイズを大きくしなければならない。
【００２９】
一方、高負荷の通常運転域では、極力拡散燃焼の燃料流量を減らし、予混合燃焼の燃料流量の比率を高めながら、従来並みの水準以下にＮＯｘ排出量を抑制すると共に、かつ、少ない比率の燃料流量で拡散燃焼を安定に行わせて、拡散燃焼が安定な火種を与えるようにしなければならないという課題が残る。すなわち、拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び燃料ノズルのサイズを大きくすると、低負荷域ではよいが、燃料流量の少ない高負荷域では、燃料ノズル圧力比が不足するので、ガス流速が不足し、燃焼が不安定となり、火炎喪失や燃焼振動等の燃焼異常が発生するという問題がある。
【００３０】
また、拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び燃料ノズルのサイズを小さくすると、中高負荷域のある域においては、燃料ノズルの燃料入口側すなわち、拡散燃焼用燃料流量制御弁５の２次側燃料圧力が高くなるので拡散燃焼用燃料流量制御弁５の前後の燃料圧力差圧が充分確保できなくなり、燃料流量制御ができなくなるのみならず、低負荷域までに必要とする拡散燃焼用燃料流量を流せないという問題がある。
【００３１】
そこで、本発明は、ガスタービン発電プラントにおける燃焼器、特に予混合方式の乾式低ＮＯｘ型燃焼器の燃焼状態を安定化するとともに、燃料流量制御特性の良好な燃料流量制御を行うことのできるガスタービン装置を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、空気圧縮機から吐出空気と燃料配管を経て供給される燃料とを混合燃焼する燃焼器と、前記燃焼器にて燃焼された燃焼ガスにて回転駆動されるガスタービンとを備えるガスタービン装置において、前記燃焼器への予混合燃焼用燃料ノズルに予混合燃焼用燃料を予混合燃焼用流量制御弁にて流量調整して供給する予混合燃焼用配管と、
前記燃焼器への第一系統の拡散燃焼用燃料ノズルおよび前記第一系統の拡散燃焼用ノズルの口径よりも小さい口径の拡散燃焼用燃料ノズルに拡散燃焼用燃料を第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁にて流量調整して供給する第一および第二系統の拡散燃焼用配管と、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が高負荷域から低負荷域に降下していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以下に達したときには、高負荷城で前記燃焼器へ供給していた第二系統の拡散燃焼用燃料に加えて、第一系統の拡散燃焼用燃料の供給を開始するために所定の拡散燃料分配比率で拡散燃焼用燃料を供給するよう前記第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁を調整制御する第一の制御手段と、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記予混合燃焼用流量制御弁を調整制御し予混合燃焼用燃料を増加するとともに、所定の拡散予混合分配比率に従い当該予混合燃焼用燃料の流量増加に応じ拡散燃焼用燃料を減少修正するよう前記第一および第二系統の拡散燃焼用流量制御弁を調整制御する第二の制御手段とを具備し、
前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以上に達したときには、第一系統の拡散燃焼用燃料流量を減少させることにより第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力を高め、高負荷域における拡散燃焼は第二系統の拡散燃焼用燃料のみによるようにしたことを特徴とする。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第一の制御手段および第二の制御手段は、第一および第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの各燃料ノズル圧力比が略等し〈なるよう前記拡散燃料分配比率を操作するものである。
【００３４】
請求項３の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第一系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が所定圧力比設定値以下となったとき、第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力下限値を下回らないように、前記拡散燃料分配比率を修正するようにして第一系統の拡散燃焼用流量制御弁の開度を減少操作する燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３５】
請求項４の発明は、請求項１または３記載のガスタービン装置において、第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が圧力上限値を上回らないように、前記拡散燃料分配比率を修正するようにして第一系統の拡散燃焼用流量制御弁の開度を増加操作する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記ガスタービンに結合される発電機の負荷が低負荷域から高負荷域に上昇していく過程で前記燃焼ガスの温度が所定温度以上に達したときには、第二の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が所定の圧力比設定値となるように前記拡散燃料分配比率を操作することにより第一系統および第二系統の拡散燃焼用燃料による拡散燃焼から第二系統の拡散燃焼用燃料のみによる拡散燃焼に移す燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３７】
請求項６の発明は、請求項１または５記載のガスタービン装置において、第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が圧力上限値を上回らないように、第二の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力設定値となるように前記拡散燃料分配比率を操作する制御手段とを設けるようにしたものである。
【００３８】
請求項７の発明は、請求項５記載のガスタービン装置において、前記所定の圧力比設定値は、燃焼ガス温度に従い可変することを特徴とする。
【００３９】
請求項８の発明は、請求項６記載のガスタービン装置において、前記所定の圧力設定値は、燃焼ガス温度に従い可変することを特徴とする。
【００４０】
請求項９の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力上限値以上となったとき、第二系統の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力上限値を上回らないように、第二の拡散燃焼用配管の燃料圧力が所定の圧力設定値となるように前記拡散予混合分配比率を修正するようるこして前記予混合燃焼用流量制御弁の開度を増加操作する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００４１】
請求項１０の発明は、請求項１記載のガスタービン装置において、前記第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力比設定値以下となったとき、第二系統の拡散燃焼用燃料ノズルの燃料ノズル圧力比が圧力比下限値を下回らないように、前記拡散手混合分配比率を修正するようにして前記予混合燃焼用流量制御弁の開度を減少操作する燃料ノズル圧力比維持制御手段とを具備することを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４３】
図１は本発明の実施の形態を示すガスタービン装置の全体系統図であり、従来技術を示す図２０と同一部分、相当部分には同一符号を付してある。図１においては、図２０に対して、第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２及び第二系統拡散燃焼用燃料ノズル３３とを備える燃料配管を設け、分配された燃料を燃焼器４に送給し、燃焼器器内で拡散燃焼が行われるようにしていると共に、第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２と第二系統拡散燃焼用燃料ノズル３３の間の燃料配管の燃料圧力を検出するための燃料圧力検出器３４を設け、その燃料圧力信号ＰＨをガスタービン装置３５に入力するようにしている。
【００４４】
なお、拡散燃料系統を２系統設けるようにしたので、便宜上、拡散燃焼用燃料流量制御弁５と拡散燃焼用燃料ノズル７及びその燃料配管から成る燃料系統を第一の系統と名づけ、第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２と第二系統拡散燃焼用燃料ノズル３３及びその燃料配管から成る燃料系統を第二系統と名づけることにする。また、これら第一系統拡散燃焼用燃料流量制御弁５及び第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２に対し開度指令を与える燃料流量制御信号の信号名称を、それぞれＦＳＲＤＬ及びＦＳＲＤＨとする。
【００４５】
図２は本発明の第１実施の形態によるガスタービン制御装置３５の構成例を示すブロック図である。
【００４６】
図２において、関数発生器３６により燃焼ガス温度ＴＮに応じて、図３で示される拡散予混合燃料分配比率ＤＲが得られる。図３に示すようにガスタービン起動時及び昇速中のような燃焼ガス温度ＴＦが低い域では拡散予混合燃料分配比率ＤＲは１としており、燃料流量制御信号ＦＳＲ及び拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤは同じ値となる。即ち、ガスタービン起動時及び上昇中（初期段階）は拡散燃焼用燃料による燃焼となる。ガスタービン起動及び昇速中においては、燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定器４６で設定された圧力比ＶＲＡよりも大きいため比較器４５（ＮＰＲがＶＲＡより小さいとき出力を成立する。）の出力、すなわち、フリップフロップ４９のセット側入力はＯＦＦ状態である。このとき、フリップフロップ４９の出力ＦＦは初期値としてＯＦＦとなっている。
【００４７】
比率設定器３９及び比率設定器４０には拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤに基づく第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬの拡散燃料分配比率ＲＡ，ＲＢが設定されている。フリップフロップ出力ＦＦがＯＦＦの状態では信号切換器４１にて比率設定器４０の信号ＲＢが選択され、変化率制限器４２を介して乗算器４３により拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと乗算され第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが算出される。さらに、減算器４４にて拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤから第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを減算することにより第二系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＨが求められる。これにより、ガスタービン起動及び昇速中は第一系統拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＬ）５及び第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２が開し、次の所定拡散燃料分配比率で燃料が供給される。
【００４８】
第一系統燃料流量：第二系統燃料流量＝ＲＢ：１−ＲＢ
【００４９】
ここでは、分配比率設定ＲＢとして、第一系統の燃料ノズルと第一系統の燃料ノズルよりも小さい口径の第二系統燃料ノズルとの口径比に基づき、第一系統と第二系統の燃料ノズル圧力比が等しくなるような値が選ばれており、その結果、燃焼器器内ガス流速を等しくなるようにして燃焼の安定化を図っている。ガスタービン起動時及び昇速中は空気圧縮機吐出空気圧力が低いので、流速をそろえつつ、充分な流速を与えるようにしている。燃料ノズル圧力比は次式で得られる。
【００５０】
圧力比＝Ｐ１／Ｐ２
Ｐ１＝燃料流量制御弁２次側燃料圧力＋大気圧力
Ｐ２＝空気圧縮機吐出空気圧力×Ｋ＋大気圧力
Ｋ：係数
【００５１】
発電機が電力系統に並入され、負荷上昇が行われ燃焼ガス温度ＴＦが上昇すると、ＮＯｘの発生を抑制するために、拡散予混合燃料分配比率ＤＲを減少させて、予混合燃焼系統に供給する燃料流量を徐々に増やし始め、拡散燃焼系統に供給する燃料流量を少なくしていく。その結果、次第に拡散系統燃料ノズル圧力比ＮＰＲが小さくなってくる。
【００５２】
このような場合、燃焼器４は２系統の燃料ノズル圧力比が所定圧力比以下に低下すると、火炎喪失、燃焼振動等の燃焼異常が発生する。そのため、拡散燃焼用燃料系統は燃料流量制御弁ＧＣＶＬを所定レートで全閉とし、燃料流量制御弁ＧＣＶＬに流れていた燃料を燃料流量制御弁ＧＣＶＨ側に移していくことにより、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの系統の燃料ノズル圧力比を所定値以上に維持するようにしている。
【００５３】
すなわち、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが所定圧力比ＶＲＡ以下に達すると比較器４５の出力をＯＮしフリツプフロツプ４９の出力ＦＦがＯＮする。すると、信号切換器４１が比率設定器３９側に切替わり比率設定全閉信号ＲＡが選択され、第一系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬは所定レートで減少して零となり燃料流量制御弁ＧＣＶＬは全閉となり、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤは第二系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＨと等しくなる。拡散燃焼用燃料は第二系統燃料流量制御弁ＧＣＶＨだけを通過し、これ以降の負荷上昇、燃焼ガス温度上昇に伴う拡散燃料流量の減少に対しても、燃料ノズル圧力比が所定値ＶＲＡ以上に維持されるので、火炎喪失、燃焼振動等の燃焼異常の無い、安定した燃焼を行うことができる。
【００５４】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図４に示す。第一系統拡散燃焼用燃料流量比率ＦＬ，第二系統拡散燃焼用燃料流量比率ＦＨ，予混合燃焼用燃料流量比率ＦＭは、次の関係になっている。
【００５５】
ＦＬ＝ＦＳＲＤＬ／ＦＳＲ
ＦＨ＝ＦＳＲＤＨ／ＦＳＲ
ＦＭ＝ＦＳＲＰ  ／ＦＳＲ
ＦＬ＋ＦＨ＋ＦＭ＝１．０
【００５６】
一方、負荷降下時、燃焼ガス温度ＴＦが下降するに従い拡散燃料の分配比率が増加すると、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２の二次側燃料圧力ＰＨが高くなる。つまり、発電機が電力系統に併入されていてガスタービン速度は系統周波数に等しいので、その間、燃料流量制御弁１次側燃料圧力は一定値に圧力制御されている。従って、燃料圧力ＰＨが所定圧力以上になると第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁の前後の燃料圧力の差圧が小さくなり、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁の燃料流量制御性が極端に悪化する。
【００５７】
そのため、二次側燃料圧力ＰＨが圧力設定器４８の所定圧力設定ＰＡを越えると、比較器４７が所定圧力以上を検出し、フリップフロップ４９のリセット側入力をＯＮし、フリップフロップ４９の出力ＦＦをＯＦＦする。信号ＦＦがＯＦＦすると、信号切換器４１が比率設定器４０側に切替り比率設定信号ＲＢが選択され、第一系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが変化率制限器４２で設定されたレートで、比率設定信号ＲＢから決まる所定開度まで開く。このようにして、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２の２次側燃料圧力を所定値ＰＡ以下に抑制することができるので、充分な燃料流量制御弁の前後差圧を確保でき制御特性の良好な燃料流量制御を行うことができる。
【００５８】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動（燃焼ガス温度が低下する方向の挙動）を図７に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは前記図４で表したものと同じである。
【００５９】
この実施形態は、燃焼器の特性上、高負荷域で第一系統拡散燃焼用燃料流量制御弁を全閉させておきたい場合に特に有効である。
【００６０】
図５は、第２実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００６１】
第２実施の形態は、所定の燃料圧力比設定器５０によって設定された所定の燃料圧力比設定信号ＶＲＢと第二の拡散燃焼用燃料系統の燃料ノズル圧力比ＮＰＲとを減算器５１で減算して得た燃料圧力比偏差を比例積分制御器５２に通して燃料ノズル圧力比制御信号を算出する。この燃料ノズル圧力比制御信号と比率設定器５３で設定された拡散燃料分配比率設定値ＲＢのうち低い方の値を低値選択器５４にて選択し、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ１として出力する。拡散燃焼用燃料流量指令信号ＦＳＲＤと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ１を乗算器４３に入力し、第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを得るように構成している。
【００６２】
まず、負荷及び燃焼ガス温度が上昇していくに従って、ＮＯｘ排出量を抑制するために、図３で示すように、拡散燃焼用燃料流量が減少され予混合燃焼用燃料流量が増加されてゆく。これに伴い、拡散燃焼用燃料流量が減少し、拡散燃焼用燃料系統の燃料ノズル圧力比が減少する。
【００６３】
この場合に、燃焼器４は拡散燃焼用の燃料ノズル圧力比が所定値以下に低下すると燃焼状態が不安定になり、火炎喪失や燃焼振動等の燃焼異常が発生する。それを回避するために、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが、その所定値ＶＲＢまで低下してくると、燃料ノズル圧力比制御信号が減少し、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ１は初期の分配比率設定値ＲＢから減少する。その結果、第一系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが減少し、第二系統の拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＨが増加し、第二系統に燃料流量が増加した分に相当する量だけ燃料ノズル圧力比ＮＰＲが増加する。このようにして、第二系統の燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定ＶＲＢ（１−ＶＲＢ）に制御される。
【００６４】
このように第２実施の形態によれば、拡散燃料が低下しても燃料ノズル圧力比は所定値以上に維持されるので安定な火炎を保ち、それを火種として安定な燃焼を行わせることができる。また、燃料圧力も所定値に対して充分な余裕を確保できるので制御特性の良好な燃料流量制御を行うことができる。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図６に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００６５】
この第２実施の形態は、第１実施の形態で見られたピーク（図６の点線で図示のピーク）を抑えることができるので、燃焼器の特性上、燃料圧力設定と燃料ノズル圧力比設定の間に挟まれた運転帯域が狭い燃焼器に対しては特に有効である。
【００６６】
図８は、第３実施の形態（第２実施の形態の負荷、燃焼ガス温度の減少に着目）を示すガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００６７】
第３実施の形態は、燃料圧力設定器５５で設定された所定の燃料圧力設定ＰＢと第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁３２の２次側燃料圧力ＰＨを減算器５６にて減算して得た燃料圧力偏差を比例積分制御器５７に通して燃料圧力制御信号を算出する。比率設定器５８及び比率設定器５９で設定された比率設定ＲＡ及び比率設定ＲＢと燃料圧力制御信号との中間値を、中間値選択器６０にて選択し拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２として出力する。拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２を乗算器４３に入力し、第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを得るように構成している。
【００６８】
図８において、はじめ、高負荷では拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２として、比率設定ＲＡが選択されている。図９では比率設定ＲＡは零、すなわち、第二系統の燃料流量制御弁（ＧＣＶＬ）５を全閉を指令する設定として図示されている。従って、このとき拡散燃焼用燃料流量は全量、第二系統の燃料流量制御弁（ＧＣＶＨ）３２を流れている。
【００６９】
負荷及び燃料ガス温度ＴＦが減少するに従い、拡散燃料流量が増加すると、燃料圧力ＰＨが上昇する。燃料圧力ＰＨが圧力設定ＰＢを越えると第二系統の燃料圧力信号は増加を始め、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２及び燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬが増加し始める。
【００７０】
すなわち、第一系統の燃料流量制御弁ＧＣＶＬが開き始め、第二系統の燃料流量制御弁ＧＣＶＨを流れていた燃料流量が減少する。その減少した燃料流量に相当する圧力だけ燃料圧力ＰＨが低下する。このようにして、燃料圧力ＰＨは燃料圧力設定ＰＢに制御される。そして更に負荷及び燃焼ガス温度ＴＦが降下すると、拡散燃料の比率が増加するので燃料圧力ＰＨが上昇しようとし、燃料圧力制御信号は増加する。
【００７１】
こうして燃料圧力制御信号が比率設定ＲＢを越えると、拡散燃料分配比率修正信号Ｓ２として比率設定ＲＢが選択されるようになる。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動を図９に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００７２】
このように第３実施の形態によれば、高負荷からの負荷降下中に、拡散燃料流量が増加しても燃料圧力ＰＨを、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの制御特性が悪化する圧力上限値を越えないようにすることができる。従って、燃料流量制御弁前後差圧を充分確保でき、良好な制御特性の燃料流量制御を行わせることができる。また、燃料ノズル圧力比も充分高い圧力比に保てるので安定な燃焼を図ることができる。
【００７３】
この第３実施の形態は、第１実施の形態で見られたピーク（図９の点線で図示のピーク）を抑えることができるので、燃焼器の特性上、燃料圧力上限値と燃料ノズル圧力比下限値の間に挟まれた運転帯域が狭い燃焼器に対しては特に有効である。
【００７４】
図１０は本発明の第４実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００７５】
第４実施の形態は、関数発生器６１により燃焼ガス温度ＴＦに応じて図１１で示すように燃料ノズル圧力比設定ＶＲＣが得られる。減算器５１では燃料ノズル圧力比設定ＶＲＣと燃料ノズル圧力比ＮＰＲとを減算して得られる燃料ノズル圧力比偏差を比例積分制御器５２に通して圧力比制御信号を算出する。そして、圧力比制御信号と比率設定器５３で設定された比率設定値ＲＢのうち低い方の値を低値選択器５４にて選択し拡散燃料分配比率修正信号Ｓ３として出力する。拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ３を乗算器４３に入力し、第一系統拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤＬを得るように構成されている。
【００７６】
第４実施の形態における作用は、第２実施の形態における作用に同等であるが、燃料ノズル圧力比設定を燃焼ガス温度に基づいて与えるようにしている点が相違する。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図１２に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００７７】
このように第４実施の形態によれば、各燃焼ガス温度に対する燃焼器の燃焼特性に応じて、適切な所定燃料ノズル圧力比設定を与えることができるので、燃料流量制御弁の２次側の燃料圧力を所定値以下に抑制しつつ、燃料ノズル圧力比を適切に制御することができる。その結果、良好な制御特性の燃料流量制御を図りつつ、安定な燃焼を確保することができる。この第４実施の形態は、燃焼ガス温度の違いで燃焼特性が大きく変わる燃焼器には、特性にあわせて図１１の形状を選ぶことができるので特に有効である。
【００７８】
図１３は第５実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００７９】
第５実施の形態は、関数発生器６２により燃焼器４の器内燃焼ガスの燃焼ガス温度ＴＦに応じて図１４で示される燃料圧力設定値ＰＣが得られるように構成されている。第５実施の形態における作用は、第３実施の形態における作用に同等であるが、燃料圧力設定値を燃焼ガス温度に基づいて与えることができるようにしている点に特徴を有している。
【００８０】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動を図１５に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００８１】
このように第５実施の形態によれば、各燃焼ガス温度に対する燃焼器の燃焼特性に応じて、適切な燃料ノズル圧力設定を与えることができるので、燃料ノズル圧力比を所定値以上に保ちつつ、燃料圧力を適切に制御することができる。その結果、良好な制御特性の燃料流量制御を図りつつ、安定な燃焼を確保することができる。
【００８２】
この第５実施の形態は、燃焼ガス温度の違いで燃焼特性が大きく変わる燃焼器には、特性にあわせて図１４に示す関数を選ぶことができるので特に有効である。
【００８３】
図１６は、第６実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００８４】
図１６において、第６実施の形態は圧力設定器６３で設定された所定の燃料圧力設定と燃料流量制御弁ＧＣＶＨの２次側燃料圧力ＰＨを減算器６４にて減算して圧力偏差を算出し、その圧力偏差を比例積分制御器６５に通して圧力制御信号を算出する。圧力制御信号と係数器６６で設定された所定設定値のうち低い方の値を低値選択器６７にて選択し拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ５として出力する。乗算器３７にて出力された修正前の拡散燃料流量指令ＦＳＲＤＸと拡散燃料分配比率修正信号Ｓ５を乗算器６８に入力し新たな拡散燃料流量制御信号ＦＳＲＤを得るように構成している。
【００８５】
第１実施の形態では、負荷及び燃焼ガス温度が上昇する過程において、燃料ノズル圧力比が所定圧力比を下まわった時点から燃料流量制御弁ＧＣＶＬの開度を減少させるようにし、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが全閉に達した時点の燃料圧力ＰＨは圧力設定ＰＡを越えないような燃料系統及び燃焼器に対して適用するものとした。第６実施の形態態では、上述のように作用して燃料流量制御弁ＧＣＶＬが全閉に達する手前で燃料圧力ＰＨが圧力設定ＰＡを越えるような燃料系統及び燃焼器に対して適用される。
【００８６】
図１６において、燃料圧力ＰＨが燃料圧力設定器６３の圧力設定値を上まわると、比例積分制御器６５の出力信号すなわち、圧力制御信号が減少し、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ５が係数器６６の値１から減少する。その結果、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤが減少し、予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰが増加するように動作する。そして、拡散燃焼用燃料流量が減少した分に相当する燃料圧力だけ燃料圧力ＰＨが低下し、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが全閉に達しても、燃料圧力ＰＨは圧力設定器６３の圧力設定値に制御される。
【００８７】
そして、更に負荷及び燃焼ガス温度が上昇すると、拡散燃料流量が減少し、燃料圧力ＰＨが減少するので、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ５の値は、やがて１に復帰する。
【００８８】
このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料圧力ＰＨの挙動を図１７に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００８９】
このように第６実施の形態によれば、関数発生器６１で与えられた拡散予混合燃料分配比率を修正することにより、負荷上昇中に燃料ノズル圧力比が下がり燃料流量制御弁ＧＣＶＬが閉まった時に、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの２次側燃料圧力ＰＨが、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの流量制御特性の悪化する圧力上限値を越えないようにすることができ、良好な制御特性で燃料流量制御を行うことができる。また燃料ノズル圧力比を所定値以上に維持できるので、安定した燃焼を図ることができる。
【００９０】
図１８は、第７実施の形態によるガスタービン装置の構成例を示すブロック図である。
【００９１】
第７実施の形態は、燃料ノズル圧力比設定器６９で設定された所定の燃料ノズル圧力比設定と燃料ノズル圧力比ＮＰＲを減算器７０にて減算し圧力比偏差を算出し、その圧力比偏差を比例積分制御器７１に通して圧力比制御信号を算出する。圧力比制御信号と係数器７２で設定された所定設定値のうち高い方の値を高値選択器７３にて選択し拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６として出力する。
【００９２】
乗算器３７にて出力された修正前の拡散燃料流量指令ＦＳＲＤＸと拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６を乗算器６８に入力し新たな拡散燃料流量制御信号ＦＳＲＤを得るように構成している。
【００９３】
第１実施の形態では、負荷及び燃焼ガス温度が降下する過程において、燃料圧力ＰＨが所定圧力設定を上まわった時点から燃料流量制御弁ＧＣＶＬの開度を増加させるようにし、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが所定拡散燃料分配比率設定ＲＢから決まる開度に達した時点の燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定ＶＲＡを下まわらないような燃料系統及び燃焼器に対して適用するものとした。
【００９４】
第７実施の形態では、上述のように作用して燃料流量制御弁ＧＣＶＬが所定拡散燃料分配比率設定ＲＢから決まる開度に達する手前で燃料ノズル圧力比ＮＰＲが圧力比設定ＶＲＡを下まわるような燃料系統及び燃焼器に対して適用される。
【００９５】
図１８において、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが圧力比設定器６９の圧力設定値を下まわると、比例積分制御器７１の出力信号、すなわち、圧力比例御信号が増加し、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６が係数器７２の値１から増加する。その結果、拡散燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＤが増加し、予混合燃焼用燃料流量制御信号ＦＳＲＰが減少するように動作する。そして、拡散燃焼用燃料流量が増加した分に相当する燃料ノズル圧力比だけ燃料ノズル圧力比ＮＰＲが増加し、燃料流量制御弁ＧＣＶＬが所定拡散燃料分配比率設定ＲＢから決まる開度に達しても、燃料ノズル圧力比ＮＰＲは圧力比設定器６９の圧力比設定値に制御される。
【００９６】
そして、更に負荷及び燃焼ガス温度が降下すると、拡散燃料流量が増加し、燃料ノズル圧力比ＮＰＲが増加するので、拡散予混合燃料分配比率修正信号Ｓ６の値は、やがて１に復帰する。このときの各燃料流量制御弁の通過燃料流量比率と燃料ノズル圧力比ＮＰＲの挙動を図１９に示す。名称ＦＬ、ＦＨ、ＦＭは第１実施の形態で表したものと同じである。
【００９７】
このように第７実施の形態によれば、図１８における関数発生器３６で与えられた拡散予混合燃料分配比率を修正することにより、負荷降下中に燃料圧力が上昇し燃料流量制御弁ＣＣＶＬが所定拡散燃料比率設定ＲＢから決まる開度まで開いた時に、燃料流量制御弁ＧＣＶＨの２次側燃料ノズル圧力比ＮＰＲが、燃焼異常を起こす圧力比下限値以下に低下しないようにすることができるので、安定した燃焼を行わせることができる。また、燃料流量制御弁前後の燃料圧力の差圧も充分確保できているので、良好な制御特性の燃料流量制御が可能である。
【００９８】
なお、本発明の以上の実施の形態では予混合系統は、１系統として説明したが、複数の系統を備えていても、同様に適用できる。また、燃焼ガス温度として、制御上の理由から、本来の燃焼ガス温度を若干量修正した値を制御の指標として採用する場合があるが、このような燃焼ガス温度相当値に対しても適用することができる。
【００９９】
このように、本発明によれば、高負荷域では拡散燃料流量が少なくて予混合燃料流量が多く、低負荷域では従来以上に拡散燃料流量が多い大容量の高温ガスタービン発電プラントにおいて、低ＮＯｘ化の要求に応じながら、拡散燃焼系統の燃料ノズル圧力比を、燃焼異常を起こす所定圧力比以上に制御するようにしたので、拡散燃焼の安定した火炎を保ち、その火炎を火種として燃焼状態を安定にすることができる。また、燃料流量制御弁前後の燃料圧力の差圧を充分に確保するように制御するので、良好な制御特性の燃料流量制御が可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したよう本発明によれば、低ＮＯｘ化の要求に応じながら、拡散燃焼系統の燃料ノズル圧力比を、燃焼異常を起こす所定圧力比以上に制御するようにしたので、拡散燃焼の安定した火炎を保ち、その火炎を火種として燃焼状態を安定にすることができる。また、燃料流量制御弁前後の燃料圧力の差圧を充分に確保するように制御するので、良好な制御特性の燃料流量制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるガスタービン装置の１全体例を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施の形態を示すガスタービン装置の構成図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に関する拡散予混合燃料分配比率を示す関係図である。
【図４】本発明の第１実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図５】本発明の第２実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図７】本発明の第１実施の形態を示す燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図８】本発明の第３実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図９】本発明の第３実施の形態を関する燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図１０】本発明の第４実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１１】本発明の第４実施の形態を関する燃料ノズル圧力比設定の特性を示す関係図である。
【図１２】本発明の第４実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図１３】本発明の第５実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１４】本発明の第５実施の形態を関する燃料圧力設定の特性を示す関係図である。
【図１５】本発明の第５実施の形態に関する燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図１６】本発明の第６実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１７】本発明の第６実施の形態に関する燃料流量と燃料圧力の挙動を示す関係図である。
【図１８】本発明の第７実施の形態を示すガスタービン装置の部分構成図である。
【図１９】本発明の第７実施の形態に関する燃料流量と燃料ノズル圧力比の挙動を示す関係図である。
【図２０】従来のガスタービン装置を示す系統図である。
【図２１】従来のガスタービン装置におけるブロック図である。
【図２２】従来のガスタービン装置における起動時燃料流量制御信号を示す関係図である。
【図２３】従来のガスタービン装置における燃料流量制御弁の１次側燃料圧力とガスタービン速度に関する関係図である。
【図２４】従来のガスタービン装置における拡散予混合燃料分配比率と燃焼ガス温度に関する関係図である。
【図２５】従来のガスタービン装置における各燃料流量制御信号の関係を示す図である。
【符号の説明】
２  空気圧縮機
４  燃焼器
５  拡散燃焼用燃料流量制御弁
６  予混合燃焼用燃料流量制御弁
７  拡散燃焼用燃料ノズル
８  予混合燃焼用燃料ノズル
９  ガスタービン
１０  発電機
３２  第二系統拡散燃焼用燃料流量制御弁
３３  第二系統拡徴燃焼用燃料ノズル
３４  燃料圧力検出器
３５  ガスタービン制御装置
３６，６１  関数発生器
３９，４０  比率設定器
４１  信号切換器
４２  変化率制限器
４３，６８  乗算器
４４，５１，６４，７０  減算器
４５，４７  比較器
４６  圧力比設定器
４８  圧力設定器
４９  フリップフロップ
５０  燃料圧力比設定器
５２，６５，７１  比例積分制御器
５３，５８  比率設定器
５４，６７  低値選択器
５５，６３  燃料圧力設定器
６０  中間値選択器
６６，７２  係数器
６９  燃料ノズル圧力比設定器
７３  高値選択器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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