(57)【要約】【課題】予混合器の内部に形成された火炎を速やかに消火し、消火に伴うガスタービンの出力低下を抑える。【解決手段】拡散バーナ４１と予混合バーナ４２を備えたガスタービン燃焼器２において、拡散バーナを囲う内筒４２ｂと、内筒を囲う外筒４２ｃと、内筒及び外筒の間の円筒状の空間を周方向に並ぶ複数の予混合室４２ｆに隔てる複数の隔壁４２ｄと、予混合室に予混合燃料を噴射する複数の予混合燃料ノズル４２ａと、隔壁に埋め込んで設置した少なくとも１つの温度計４２ｅ等で予混合バーナを構成し、温度計の検出値が対応する設定値を超えた場合、拡散バーナ及び予混合バーナに供給する燃料流量の総量が変わらないように、予混合燃料流量調整弁２１Ｂ−２１Ｅの開度を下げて、拡散燃料流量調整弁２１Ａの開度を上げる。【選択図】  図１
2019138157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散燃焼方式の拡散バーナと、前記拡散バーナの拡散燃料系統に設けた拡散燃料流量調整弁と、予混合燃焼方式の予混合バーナと、前記予混合バーナの予混合燃料系統に設けた少なくとも１つの予混合燃料流量調整弁と、前記拡散バーナ及び前記予混合バーナの燃料噴射方向の下流側に燃焼室を形成する燃焼器ライナと、前記拡散燃料流量調整弁及び前記予混合燃料流量調整弁を制御する制御装置とを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記予混合バーナが、
前記拡散バーナを囲う内筒と、
前記内筒を囲う外筒と、
前記内筒及び前記外筒の間の円筒状の空間を周方向に並ぶ複数の予混合室に隔てる複数の隔壁と、
前記予混合燃料系統に接続し対応する予混合室に予混合燃料を噴射する複数の予混合燃料ノズルと、
前記隔壁に埋め込んで設置した少なくとも１つの温度計とを備えており、
前記制御装置が、前記温度計の検出値又はその上昇率が対応する設定値を超えた場合、前記拡散バーナ及び前記予混合バーナに供給する燃料流量の総量が変わらないように、前記予混合燃料流量調整弁の開度を下げて、前記拡散燃料流量調整弁の開度を上げる予混合燃料比率制御を実行するように構成されているガスタービン燃焼器。
【請求項２】
請求項１のガスタービン燃焼器において、
前記温度計が、前記予混合燃料ノズルの燃料噴射方向において前記隔壁の前記燃焼室の側の端部と前記予混合燃料ノズルの燃料噴出口との中間に計測部が位置するように前記隔壁に設けられているガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項１のガスタービン燃焼器において、
前記予混合バーナに対して前記燃焼室の側に保炎器が備わっており、
前記隔壁は前記燃焼室の中心軸に平行な平板状の部材であるガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項１のガスタービン燃焼器において、
前記制御装置が、前記予混合燃料比率制御の実行後、前記温度計の検出値が前記設定値を下回ってから設定時間が経過したら、前記予混合燃料流量調整弁及び前記拡散燃料流量調整弁の開度を前記予混合燃料比率制御の実行前の値に戻す復帰制御を実行するように構成されているガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項１のガスタービン燃焼器において、前記制御装置が、ガスタービンの負荷の上昇に伴って前記予混合燃料比率制御に伴う前記拡散燃料流量調整弁及び前記予混合燃料流量調整弁の制御量を大きくするように構成されているガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項１のガスタービン燃焼器において、前記設定値として大きさの異なる複数の値が設定されており、各値に対応して前記拡散燃料流量調整弁及び前記予混合燃料流量調整弁の制御量が設定されていて、前記制御装置により前記予混合燃料比率制御が段階的に実行されるように構成されているガスタービン燃焼器。
【請求項７】
請求項１のガスタービン燃焼器において、
予混合燃料のカロリーを計測するカロリーメータが設けられており、
前記制御装置が、前記カロリーメータで計測された予混合燃料のカロリーの上昇に伴って前記予混合燃料比率制御に伴う前記拡散燃料流量調整弁及び前記予混合燃料流量調整弁の制御量を大きくするように構成されているガスタービン燃焼器。
【請求項８】
請求項１のガスタービン燃焼器において、
予混合燃料の水素濃度を計測する濃度計が設けられており、
前記制御装置が、前記濃度計で計測された予混合燃料の水素濃度の上昇に伴って前記予混合燃料比率制御に伴う前記拡散燃料流量調整弁及び前記予混合燃料流量調整弁の制御量を大きくするように構成されているガスタービン燃焼器。
【請求項９】
請求項１のガスタービン燃焼器において、
前記予混合バーナが、前記予混合室及び前記予混合燃料ノズルを少なくとも１組含み前記拡散バーナを囲んで周方向に並ぶ複数の部分バーナに区分されており、
前記温度計が複数設けられ、前記複数の部分バーナのそれぞれについて少なくとも１枚の隔壁に設けられており、
前記制御装置が、いずれか１つ以上の温度計の検出値が前記設定値を超えた場合、前記設定値を超える検出値を出力した温度計が属する少なくとも１つの部分バーナに対応する前記予混合燃料流量調整弁の開度を下げると共に、その他の部分バーナに対応する前記予混合燃料流量調整弁の開度を維持し、前記拡散バーナ及び前記予混合バーナに供給する燃料流量の総量が変わらないように前記拡散燃料流量調整弁の開度を上げるように構成されているガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された空気と共に燃料を燃焼する請求項１のガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器で生成された燃焼ガスで駆動されるタービンとを備えたガスタービン。
【請求項１１】
拡散燃焼方式の拡散バーナと、前記拡散バーナの拡散燃料系統に設けた拡散燃料流量調整弁と、予混合燃焼方式の予混合バーナと、前記予混合バーナの予混合燃料系統に設けた少なくとも１つの予混合燃料流量調整弁と、前記拡散バーナ及び前記予混合バーナの燃料噴射方向の下流側に設けた燃焼室とを備えたガスタービン燃焼器の制御方法において、
前記予混合バーナを、
前記拡散バーナを囲う内筒と、
前記内筒を囲う外筒と、
前記内筒及び前記外筒の間の円筒状の空間を周方向に並ぶ複数の予混合室に隔てる複数の隔壁と、
前記予混合燃料系統に接続し対応する予混合室に予混合燃料を噴射する複数の予混合燃料ノズルと、
前記隔壁に埋め込んで設置した少なくとも１つの温度計とを含んで構成し、
前記温度計の検出値又はその上昇率が対応する設定値を超えた場合、前記拡散バーナ及び前記予混合バーナに供給する燃料流量の総量が変わらないように、前記予混合燃料流量調整弁の開度を下げて、前記拡散燃料流量調整弁の開度を上げるガスタービン燃焼器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器、ガスタービン及びガスタービン燃焼器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全に対する規制や社会的要求により、圧縮機、燃焼器及びタービン等を備えるガスタービンには更なる高効率化、低ＮＯｘ化が求められている。ガスタービンの高効率化を図る方法として、燃焼器で形成する火炎の温度を上げてタービン入口の燃焼ガス温度を上昇させる方法があるが、火炎温度の上昇に伴ってＮＯｘの排出量が増加する可能性がある。
【０００３】
一方、ＮＯｘの排出量を抑制する燃焼器として、予混合燃焼を採用した燃焼器（以下、予混合燃焼器）がある（特許文献１等参照）。予混合燃焼とは、予混合器で予め燃料と空気を混合した混合気を燃焼室に供給して燃焼させる燃焼方式である。燃料を空気と混合してから燃焼室に供給することにより、燃焼室内に形成される火炎の温度が均一化し燃焼器におけるＮＯｘの排出量が抑制されるメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０３５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
予混合燃焼器では、燃料に混合させる空気の温度が上昇したり燃料に含まれる水素含有量が増加したりすると燃焼速度が増加し、燃焼室内に形成された火炎が予混合器内に逆流する現象（いわゆる逆火）が起こる場合がある。また、圧縮機から供給される燃焼用の空気や燃焼器に供給される燃料に同伴した飛来物が着火し、予混合器の内部で火炎が形成される場合もある。予混合器内に火炎が逆流したり何らかの要因で予混合器内に火炎が形成されたりすると燃焼ガスが高温化するため、予混合器の下流の構造物に与える熱的負荷が増大する可能性がある。予混合器の内部で火炎が形成されてしまった場合、例えば予混合燃焼用の燃料流量を減少させることで予混合器の内部の火炎を消し止めることができる。この消火動作を自動化するためには予混合器の内部で火炎が形成されたことを検知する必要がある。また、予混合器の内部における消火に伴って単純に予混合燃焼用の燃料流量を下げるとガスタービンの出力が低下してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、予混合器の内部に形成された火炎を速やかに消火し、消火に伴うガスタービンの出力低下を抑えることができるガスタービン燃焼器、ガスタービン及びガスタービン燃焼器の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るガスタービン燃焼器は、拡散燃焼方式の拡散バーナと、前記拡散バーナの拡散燃料系統に設けた拡散燃料流量調整弁と、予混合燃焼方式の予混合バーナと、前記予混合バーナの予混合燃料系統に設けた少なくとも１つの予混合燃料流量調整弁と、前記拡散バーナ及び前記予混合バーナの燃料噴射方向の下流側に燃焼室を形成する燃焼器ライナと、前記拡散燃料流量調整弁及び前記予混合燃料流量調整弁を制御する制御装置とを備えたガスタービン燃焼器であって、前記予混合バーナが、前記拡散バーナを囲う内筒と、前記内筒を囲う外筒と、前記内筒及び前記外筒の間の円筒状の空間を周方向に並ぶ複数の予混合室に隔てる複数の隔壁と、前記予混合燃料系統に接続し対応する予混合室に予混合燃料を噴射する複数の予混合燃料ノズルと、前記隔壁に埋め込んで設置した少なくとも１つの温度計とを備えており、前記制御装置が、前記温度計の検出値又はその上昇率が対応する設定値を超えた場合、前記拡散バーナ及び前記予混合バーナに供給する燃料流量の総量が変わらないように、前記予混合燃料流量調整弁の開度を下げて、前記拡散燃料流量調整弁の開度を上げる予混合燃料比率制御を実行するように構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、予混合器の内部に形成された火炎を速やかに消火し、消火に伴うガスタービンの出力低下を抑えることができ、ガスタービン燃焼器の信頼性と運用性を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの全体構成を表す模式図
【図２】図１のガスタービン燃焼器に備えられたバーナを燃焼室側から見た図
【図３】図１のガスタービン燃焼器に備えられた制御装置の模式図
【図４】図１のガスタービン燃焼器におけるガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図
【図５】図３の制御装置による予混合燃料比率制御の手順の一例を示すフローチャート
【図６】比較例におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図
【図７】第１実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図
【図８】第１実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合器燃空比及び燃焼器燃空比を示す特性図
【図９Ａ】本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における予混合燃料比率の低下量（補正量）とガスタービン負荷との関係を表す特性図
【図９Ｂ】本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における予混合器燃空比低下量とガスタービン負荷との関係を表す特性図
【図１０】本発明の第３実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図
【図１１Ａ】本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における予混合燃料比率の低下量（補正量）とガスタービン負荷との関係を表す特性図
【図１１Ｂ】本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における予混合器燃空比低下量とガスタービン負荷との関係を表す特性図
【図１２】本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器に備えられた制御装置による予混合燃料比率制御の手順の一例を示すフローチャート
【図１３】本発明の第４実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図
【図１４Ａ】本発明の第５実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における燃料発熱量とゲイン設定との関係を表す特性図
【図１４Ｂ】本発明の第５実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における予混合器燃空比低下量とガスタービン負荷との関係を表す特性図
【図１５Ａ】本発明の第６実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における燃料の水素濃度とゲイン設定との関係を表す特性図
【図１５Ｂ】本発明の第６実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における予混合器燃空比低下量とガスタービン負荷との関係を表す特性図
【図１６】本発明の第７実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
−ガスタービンプラント−
図１は本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの全体構成を表す模式図、図２は燃焼室側から見たバーナの構成を表す図である。図示したガスタービンプラント１００は、発電機Ｇとこれを駆動する原動機であるガスタービンを備えている。ガスタービンは、圧縮機１、ガスタービン燃焼器（以下、燃焼器）２及びタービン３を備えており、圧縮機１、タービン３及び発電機Ｇは、共通のシャフトＳによって相互に連結されている。
【００１２】
圧縮機１はタービン３によって回転駆動され、吸気部（不図示）を介して吸い込まれた空気Ａ１を加圧して高圧空気Ａ２を生成して燃焼器２に供給する。燃焼器２は圧縮機１から供給された高圧空気Ａ２と燃料系統２００（後述）から供給される燃料と共に燃焼させ、発生した高温の燃焼ガスＧ１をタービン３に供給する。タービン３は燃焼器２から供給された燃焼ガスＧ１の膨張作用によって回転駆動される。タービン３を駆動した燃焼ガスＧ１は排気ガスＧ２として排出される。発電機Ｇはタービン３によって回転駆動されて電力を発生させる。
【００１３】
−ガスタービン燃焼器−
燃焼器２は、燃焼器ライナ１０、バーナ５、燃料系統２００及び制御装置５０（図３）を備えている。バーナ５は、拡散バーナ４１及び予混合バーナ４２を備えている。拡散バーナ４１、予混合バーナ４２及び燃焼室１１は、ガスタービンのケーシング４の内部に設けられており、燃料系統２００はケーシング４の外部に設けられている。
【００１４】
燃焼器ライナ１０は燃焼室１１を形成する円筒状の部材であり、拡散バーナ４１及び予混合バーナ４２に対して燃料噴射方向の下流側（図中の右側）に位置している。燃焼器ライナ１０の内側の空間が燃焼室１１であり、拡散バーナ４１や予混合バーナ４２から供給される燃料と空気が燃焼室１１で燃焼し燃焼ガスＧ１が発生する。
【００１５】
燃焼器ライナ１０とケーシング４との間に形成された環状の空間は、圧縮機１からバーナ５の上流側に高圧空気Ａ２を導く環状流路４３を構成している。環状流路４３に流入した高圧空気Ａ２は燃焼器ライナ１０を対流冷却する。また、環状流路４３を流れる高圧空気Ａ２の一部は、燃焼器ライナ１０の外周部に設けられた多数の冷却孔（不図示）から燃焼器ライナ１０の内部へ流入し、燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用される。冷却孔に流入しなかった残りの高圧空気Ａ２は環状流路４３を通って拡散バーナ４１又は予混合バーナ４２に到達する。拡散バーナ４１又は予混合バーナ４２に到達した高圧空気Ａ２は、燃料系統２００から燃料ヘッダ（不図示）を介して拡散燃料ノズル４１ａ又は予混合燃料ノズル４２ａに供給された燃料と併せて燃焼室１１に供給されて燃焼する。
【００１６】
−バーナ−
拡散バーナ４１は拡散燃焼方式のバーナであり、拡散燃料ノズル４１ａと旋回羽根４１ｂを備えている。拡散燃料ノズル４１ａは燃焼器２の中心軸上に配置されており、先端（図１中の右端）に燃料噴孔を備えていて、燃料噴射孔から燃焼室１１に（図１中の右方向に）燃料を直接噴射する。旋回羽根４１ｂは拡散燃料ノズル４１ａの先端付近の外周を囲むようにして設けられており、旋回空気流を噴射することで拡散バーナ４１の燃焼安定性を高めている。
【００１７】
予混合バーナ４２は予混合燃焼方式のバーナであり、内筒４２ｂ、外筒４２ｃ、複数の隔壁（予混合器ベーン）４２ｄ、複数の予混合燃料ノズル４２ａ、少なくとも１つの温度計４２ｅを備えている。内筒４２ｂ及び外筒４２ｃは予混合器を形成する円筒状の部材であり、内筒４２ｂは拡散バーナ４１の外周を囲うようにして設けられ、外筒４２ｃは更に内筒４２ｂの外周を囲うようにして設けられている。内筒４２ｂ及び外筒４２ｃの間に形成された円筒状の空間は上流側（図１中の左側）が径方向の外側（環状流路４３）に向かって開口しており、下流側が燃焼器２の中心軸方向に（燃焼室１１に向かって）開口している。複数（本実施形態では１２枚）の隔壁４２ｄは、その円筒状の空間を複数（本実施形態では１２個）の予混合室４２ｆに隔てている。予混合室４２ｆは燃料と空気が混合するための空間であり、平常な状態では内部に火炎は形成されない。予混合室４２ｆの出口部分（予混合バーナ４２に対して燃焼室１１側）にはリング型の保炎器７３が備わっている。保炎器７３は下流（燃焼室１１）に循環流を形成するために予混合気の流路に障害物として設けた物理保炎方式の保炎器である。隔壁４２ｄは燃焼室１１から見て放射状に配置されており、本実施形態では燃焼室１１の中心軸に平行な平板状の部材で形成されている。隔壁４２ｄは、伝熱効率を高めるため薄く形成されている（例えば数ｍｍ程度）。また、隔壁４２ｄは内筒４２ｂと外筒４２ｃで形成される円筒状の空間の上流端付近から下流端付近まで広く延在している。予混合燃料ノズル４２ａは各予混合室４２ｆに各２本対応して設けられており、それぞれ予混合燃料系統（後述）に接続している。拡散燃料ノズル４１ａと同様に、各予混合燃料ノズル４２ａは先端（図１中の右端）に燃料噴孔を備えていて、燃料噴射孔から対応する予混合室４２ｆに予混合燃料を噴射する。これにより予混合燃料ノズル４２ａから噴射された燃料は、予混合室４２ｆで高圧空気Ａ２と混合された混合気となってから燃焼室１１に（図１中の右方向に）噴射される。
【００１８】
本実施形態では、予混合バーナ４２が複数（本実施形態では４つ）の部分バーナ４２Ａ−４２Ｄに区分されている。部分バーナ４２Ａ−４２Ｄは拡散バーナ４１を囲んで周方向に（本実施形態では燃焼室１１から見て時計回りに部分バーナ４２Ａ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｂの順で）並んでいる。部分バーナ４２Ａ−４２Ｄには、予混合室４２ｈ及び予混合燃料ノズル４２ａが少なくとも１組（本実施形態では３組ずつ）含まれている。すなわち予混合バーナ４２を隔壁４２ｄで４つの部分バーナ４２Ａ−４２Ｄに仕切り、更に部分バーナ４２Ａ−４２Ｄの予混合室４２ｆをそれぞれ隔壁４２ｄで周方向に３つに仕切った構成である。
【００１９】
燃料系統２００は、図１に示したように、燃料供給源（不図示）に接続された共通燃料系統２０と、この共通燃料系統２０から分岐した第１−第５燃料系統２０Ａ−２０Ｅとを備えている。共通燃料系統２０には燃料遮断弁（開閉弁）２１が設けられ、第１−第５燃料系統２０Ａ−２０Ｅにはそれぞれ第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅが設けられている。共通燃料系統２０から分岐して設けられる燃料系統の数は５つに限定されない。第１燃料系統２０Ａは拡散バーナ４１（拡散燃料ノズル４１ａ）に接続する拡散燃料系統である。第２−第５燃料系統２０Ｂ−２０Ｅは予混合燃料ノズル４２ａに接続する予混合燃料系統である。具体的には、第２燃料系統２０Ｂは部分バーナ４２Ａの６本の予混合燃料ノズル４２ａに、第３燃料系統２０Ｃは部分バーナ４２Ｂの６本の予混合燃料ノズル４２ａに、それぞれ対応する燃料ヘッダ（不図示）を介して接続されている。また、第４燃料系統２０Ｄは部分バーナ４２Ｃの６本の予混合燃料ノズル４２ａに、第５燃料系統２０Ｅは部分バーナ４２Ｄの６本の予混合燃料ノズル４２ａに、それぞれ対応する燃料ヘッダ（不図示）を介して接続されている。
【００２０】
第１燃料系統２０Ａから拡散バーナ４１に供給される拡散燃料（以下、Ｆ１燃料）の流量は、第１燃料流量調節弁２１Ａによって調節される。第２燃料系統２０Ｂから部分バーナ４２Ａに供給される燃料（以下、Ｆ２１燃料）の流量は、第２燃料流量調節弁２１Ｂによって調節される。第３燃料系統２０Ｃから部分バーナ４２Ｂに供給される燃料（以下、Ｆ２２）の流量は、第３燃料流量調節弁２１Ｃによって調節される。第４燃料系統２０Ｄから部分バーナ４２Ｃに供給される燃料（以下、Ｆ２３燃料）の流量は、第４燃料流量調節弁２１Ｄによって調節される。第５燃料系統２０Ｅから部分バーナ４２Ｄに供給される燃料（以下、Ｆ２４燃料）の流量は、第５燃料流量調節弁２１Ｅによって調節される。第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１ＥによってＦ１，Ｆ２１−Ｆ２４燃料の各流量を個別に調節することにより、ガスタービンプラント１００の発電量が制御される。
【００２１】
−センサ類−
予混合バーナ４２の隔壁４２ｄには温度計４２ｅ（不図示）が設けられている。温度計４２ｅには例えば熱電対を用いることができ、温度計測部は隔壁４２ｄの内部に埋め込まれている。温度計４２ｅの配線は、予混合室４２ｆに露出することなく、例えば隔壁４２ｄの壁内を通って外筒４２ｃの外周部に突き出し、ケーシング４に対して外筒４２ｃを支持するストラット（不図示）の内部を通ってケーシング４の外部に取り出されている。温度計４２ｅの配線は制御装置５０に接続している。本実施形態では１２枚の隔壁に１枚おきに設置されている（つまり６枚の隔壁に各１つの温度計４２ｅが設けられている）。温度計４２ｅの温度計測部は、予混合燃料ノズル４２ａの燃料噴射方向において隔壁４２ｄの燃焼室１１側の端部と予混合燃料ノズル４２ａの燃料噴出口との中間に位置している。
【００２２】
また共通燃料系統２０には、カロリーメータ４４や濃度計（例えばガスクロマトグラフィ）４５を設けることができる。カロリーメータ４４は予混合燃料のカロリーを計測するセンサであり、制御装置５０に接続している。カロリーメータ４４は共通燃料系統２０に設ける代わりに、予混合燃料系統２０Ｂ−２０Ｅの少なくとも１つに設ける構成としても良い。濃度計４５は予混合燃料の水素濃度等を計測するセンサであり、制御装置５０に接続している。濃度計４５は共通燃料系統２０に設ける代わりに、予混合燃料系統２０Ｂ−２０Ｅの少なくとも１つに設ける構成としても良い。また、共通燃料系統２０に供給する燃料の供給源である燃料供給設備（不図示）にカロリーメータ４４や濃度計４５を設けても良い。カロリーメータ４４や濃度計４５は本実施形態では必須要素ではないが、カロリーメータ４４は第５実施形態（図１４Ａ及び図１４Ｂ）で、濃度計４５は第６実施形態（図１５Ａ及び図１５Ｂ）でそれぞれ必須である。
【００２３】
−制御装置−
図３は制御装置の模式図である。同図に示した制御装置５０は制御コンピュータであり、拡散燃料流量調整弁２１Ａ及び予混合燃料流量調整弁２１Ｂ−２１Ｅを制御する機能を含んでいる。本実施形態の制御装置５０には、予混合燃料比率制御を実行する機能が備わっている。予混合燃料比率制御は、温度計４２ｅの検出値（検出温度Ｔｍ）が対応する設定値Ｔｓを超えた場合、予混合燃料流量調整弁の開度を下げて、拡散燃料流量調整弁の開度を上げる予混合燃料比率制御を実行する制御である。この予混合燃料比制御は、拡散バーナ４１及び予混合バーナ４２に供給する燃料流量の総量が実行直前と変わらないように行われる。制御装置５０に含まれる予混合燃料比率制御回路５０ｂが予混合燃料比率制御を実行する機能部である。
【００２４】
本実施形態においては、予混合燃料比制御に伴って予混合バーナ４２に供給する燃料流量は予め設定された一定値に減じられる。この一定値は、予混合ノズル４１ｂから噴射される予混合燃料の総量と高圧空気Ａ２の流量（設定値）とで決まる予混合燃料の燃空比が火炎保持限界を下回るように設定された値である。火炎保持限界とは火炎が保持できる燃空比の最大値であり、可燃限界に基づいて算出した値である。予混合器燃空比が火炎保持限界を下回れば、予混合燃料による火炎は消える。制御装置５０は、予混合燃料比率制御の実行時、予混合燃料の供給流量を現在の値から上記の一定値まで下げるための予混合燃料流量制御弁の開度の補正値（減少分）を演算し、予混合燃料流量制御弁に出力する。同時に、制御装置５０は、予混合燃料比率制御の際、予混合燃料の供給流量の減少分を補うための拡散燃料流量制御弁の開度の補正値（増加分）を演算し、拡散燃料流量制御弁に出力する。制御装置５０に含まれる補正値演算回路５０ａが予混合燃料流量制御弁及び拡散燃料流量制御弁の開度の補正値を演算する機能部である。
【００２５】
また、制御装置５０には復帰制御を実行する機能も備わっている。復帰制御は、予混合燃料比率制御の実行後、温度計４２ｅの検出値が設定値Ｔｓを下回ってから設定時間Δｔ２が経過したら、予混合燃料流量調整弁及び拡散燃料流量調整弁の開度を予混合燃料比率減少御制御の実行前の値に戻す制御である。制御装置５０に含まれる復帰制御回路５０ｃが復帰制御を実行する機能部である。
【００２６】
−動作−
図４はガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図である。同図の横軸は経過時間、縦軸は燃料流量を示している。ガスタービン点火時は、第１、第３及び第４燃料系統２０Ａ，２０Ｃ及び２０ＤからＦ１燃料、Ｆ２２燃料及びＦ２３燃料が供給され、拡散バーナ４１及び部分バーナ４２Ｂ，４２Ｃから燃料が噴射される。この間、第２、第５燃料系統２０Ｂ，２０Ｅから燃料は供給されないため、部分バーナ４２Ａ，４２Ｄから燃料は噴射されない。
【００２７】
ガスタービン点火後、Ｆ１燃料のみを供給する（拡散バーナ４１のみから燃料が噴射される）単独燃焼に切り替えられ、定格回転数無負荷状態（ＦＳＮＬ：Full Speed No Load）に達するまではＦ１燃料の増加によりタービン３が昇速される。タービン３が定格回転数まで昇速したら発電を開始し、定格回転数定格負荷（ＦＳＦＬ：Full Speed Full Load）に達するまでガスタービン負荷を増加させていく。この間、ガスタービン負荷の増加に応じて、バーナ５の燃空比が安定燃焼範囲となるようにＦ２１燃料、Ｆ２２燃料、Ｆ２３燃料、Ｆ２４燃料の順に燃料を追加供給し、燃料の供給範囲を段階的に拡大させていく。このようなスケジュールで制御装置５０（又は別の制御装置）により燃料系統が制御され、拡散バーナ４１及び部分バーナ４２Ａ−４２Ｄの全てから燃料が噴射される全燃焼状態に移行した後、ガスタービン負荷が定格回転数定格負荷（ＦＳＦＬ）に達する。
【００２８】
図５は制御装置５０による予混合燃料比率制御の手順の一例を示すフローチャートである。制御装置５０は図５の手順をガスタービンの運転中（ガスタービン負荷が上記ＦＳＦＬに達する前及び後を含む）に繰り返し実行する。まず制御装置５０は予混合燃料比率制御回路５０ｂによって温度計４２ｅ（例えばいずれかの温度計４２ｅ）の検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓを超えているかを判定する（ステップＳ１１）。温度計４２ｅの温度計測部は隔壁４２ｄの厚みの内部に埋め込まれているため、正常な運転状態では温度計４２ｅの検出温度Ｔｍは予混合室４２ｆに供給される高圧空気Ａ２と予混合燃料の混合温度に近い（Ｔｍ≦Ｔｓ）。このように運転状態が正常で検出温度Ｔｍ（例えば全ての温度計４２ｅの検出温度Ｔｍ）が設定値Ｔｓ以下の場合、制御装置５０は図５の手順を終える。他方、隔壁４２ｄが熱伝導性の良い薄板である。そのため、例えば燃焼室１１からの火炎の逆流（逆火）や高圧空気Ａ２や燃料に同伴する飛来物（着火源）の流入により、予混合室４２ｆの内部に火炎が形成された場合、温度計４２ｅによる検出温度Ｔｍは火炎からの熱伝達により上昇する（Ｔｍ＞Ｔｓとなる）。このように予混合室４２ｆで火炎が形成されて検出温度Ｔｍ（例えばいずれかの温度計４２ｅの検出温度Ｔｍ）が設定値Ｔｓを超えた場合、制御装置５０はステップＳ１１からステップＳ１２に手順を移す。
【００２９】
Ｔｍ＞Ｔｓの場合、制御装置５０は補正値演算回路５０ａで第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの開度の補正値を演算し（ステップＳ１２）、予混合燃料比率制御回路５０ｂで第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの開度を制御する（ステップＳ１３）。これにより第２−第５燃料流量調節弁２１Ｂ−２１Ｅの開度が下がって予混合燃料比率が火炎保持限界を下回り、予混合室４２ｆの内部に形成された火炎が消える。この間、予混合燃料の減少分に応じて第１燃料流量調節弁２１Ａの開度を上げて拡散燃料の流量を増加させることで、バーナ５に供給される燃料の総流量は予混合燃料比率制御の実行直前の値に維持される。
【００３０】
ステップＳ１２，Ｓ１３の手順を実行したら、制御装置５０は復帰制御回路５０ｃによって温度計４２ｅ（例えば全ての温度計４２ｅ）の検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓ以下に低下したかを判定する（ステップＳ１４）。Ｔｍ＞Ｔｓである間、制御装置５０はステップＳ１４の手順を繰り返し、予混合燃料比率制御による各弁の開度が維持される。消火によりＴｍ≦Ｔｓになったら、制御装置５０は復帰制御回路５０ｃによってＴｍ≦Ｔｓになった時刻からの経過時間ｔが設定時間Δｔ２を超えたかを判定する（ステップＳ１５）。設定時間Δｔ２が経過するまで制御装置５０はステップＳ１５の手順を繰り返し、設定時間Δｔ２が経過したら復帰制御回路５０ｃにより先に説明した復帰制御を実行し（ステップＳ１５）、図５の手順を終える。
【００３１】
−比較例−
図６は比較例におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図である。同図に示した比較例では本実施形態と同様に、予混合室で火炎が形成されて検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓを超えた場合に、一定時間Δｔ１で予混合燃料（同図ではＦ２燃料と表記）の流量を下げ、拡散燃料（同図ではＦ１燃料と表記）の流量を上げる。これにより予混合燃料比率（同図ではＦ２比率と表記）が下がり、予混合室を消火して検出温度Ｔｍを低下させることができる。
【００３２】
但し、拡散燃料の流量増加分は予混合燃料の流量減少分に満たず、予混合室の消火動作に伴ってバーナに供給する燃料の総流量が低下し、この分だけ発電量が低下している。
【００３３】
−効果−
（１）比較例と異なり、本実施形態では予混合燃料比率を下げる際に、拡散燃料及び予混合燃料の燃料流量の総和が変化しないように、予混合燃料の流量の減少分だけ拡散燃料の流量を増加させている（図７）。これにより予混合燃料比率の低下により予混合器の燃空比が火炎保持限界（Ｆ２／Ａ２ ｌｉｍｉｔ）を下回る一方で（図８）、燃焼器全体の燃空比は維持される（図８）。従って、予混合室４２ｆに形成された火炎を迅速に消しつつ、消火動作に伴う出力低下を維持することができ（図７）、燃焼器２の信頼性と運用性を向上させることができる。図８に破線で示した予混合器燃空比及び燃焼器燃空比は、本実施形態との比較のために示した図６の比較例に対応する表示である。
【００３４】
このとき、本実施形態では予混合バーナ４２を複数の予混合室４２ｆに仕切る複数の隔壁４２ｄを薄板化して伝熱性を高め、この薄板状の隔壁４２ｄに温度計４２ｅを埋設することで、予混合室４２ｆの内部における火炎の形成を迅速に検知することができる。これにより上記の消火動作（予混合燃料比率制御）を自動化するに当たり十分な応答性と火炎検知の確実性を十分に高めることができ、予混合比率の自動制御を実用化することができる。検証過程では、この制御によってＮＯｘ排出量が増加し始めてから数十秒程度で元の値に戻すことができた。予混合器の内部に形成された火炎を速やかにかつ自動的に消し止め、消火に伴うガスタービンの出力低下を抑えることができるので、予混合バーナの運用効率を向上させることができる。
【００３５】
（２）予混合室４２ｆにおける予混合気の存在範囲、つまり予混合室４２ｆにおける予混合燃料ノズル４２ａの下流領域で火炎が形成される可能性がある。ここで、前述した通り予混合室４２ｆに火炎が形成される要因としては、燃焼室１１からの火炎の逆流の他、高圧空気Ａ２や燃料に同伴する飛来物の予混合室４２ｆへの流入が例示される。逆火に由来して予混合室４２ｆに火炎が形成される場合は燃焼室１１に近い方から隔壁４２ｄの温度が上昇するし、飛来物に由来して予混合室４２ｆに火炎が形成される場合は予混合燃料ノズル４２ａに近い方から隔壁４２ｄの温度が上昇する場合もある。従って、本実施形態のように温度計４２ｅの温度計測部を隔壁４２ｄの燃焼室１１側の端部と予混合燃料ノズル４２ａの燃料噴出口との中間に配置することで、逆火由来の火炎も飛来物由来の火炎も遅れなく検知することができる。
【００３６】
但し、上記の基本的な効果（１）を得る限りにおいては、隔壁４２ｄに温度計４２ｅを埋設するに当たって、温度計４２ｅの設置位置が隔壁４２ｄの燃焼室１１側の端部と予混合燃料ノズル４２ａの燃料噴出口との中間である必要は必ずしもない。例えば逆火の検知を重視する場合には、温度計４２ｅの温度計測部の配置を隔壁４２ｄの燃焼室１１側の端部付近に移動させても良い。
【００３７】
（３）本実施形態では、予混合燃料比率制御の実行後、検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓを下回ってから設定時間Δｔ２が経過したら燃料比率が自動復帰する。前述した通り温度計４２ｅの設置の工夫により高い検出感度を確保しているので、予混合室４２ｄにおける火炎の発生だけでなく消火も感度良く検知でき、燃料比率の自動復帰が可能となる。これも運用効率の向上に大きく貢献し得る。加えて、例えば高圧空気Ａ２や燃料に同伴する飛来物はある時期に間欠的に予混合室４２ｆに流入してくる場合がある。そのため飛来物に由来する火炎の形成については、消火後間もなくして再び発生する場合がある。逆火についても燃焼条件によっては同じようなことが起こり得る。このような場合に消火後直ちに復帰動作を実行すると、予混合燃料比率制御と復帰制御が短時間で繰り返し実行される場合がある。それに対し本実施形態では、消火後一定時間の経過が経過して燃焼状態が落ち着くのを待って復帰制御を実行することにより、燃焼状態の頻繁な変動（例えばＮＯｘ排出量の増減）を抑えることができる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
図９Ａは本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における予混合燃料比率の低下量（補正量）とガスタービン負荷との関係を表す特性図、図９Ｂは予混合器燃空比低下量とガスタービン負荷との関係を表す特性図である。
【００３９】
本実施形態は、制御装置５０が、ガスタービンの負荷の上昇に伴って予混合燃料比率制御に伴う第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの制御量を大きくするように構成されている点である。ガスタービン負荷が高いほど予混合燃料の流量は大きい状態にある。そのため、火炎保持限界（図９Ｂ）を下回るまで予混合器燃空比を下げるには、ガスタービン負荷が高いほど予混合燃料の流量を低下させる必要がある。本実施形態では、図９Ａのようなガスタービン負荷に応じた予混合燃料比率の補正量の関係を規定したデータを補正値演算回路５０ａに格納しておき、データを基にガスタービン負荷に応じた補正量を補正値演算回路５０ａで演算するようにしてある。本例ではガスタービン負荷に応じて補正量が線形的に増加する設定とした場合を例示しているが、ガスタービン負荷と補正量の関係線は必ずしも直線に設定する必要はない。その他の点について、本実施形態は第１実施形態と同様である。
【００４０】
本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られる。また、上記の通り補正量を定めることにより、ガスタービン負荷に応じて適切な補正量が一意的に決定でき、制御に伴う制御装置５０の演算の負荷を軽減することができる。また、ガスタービン負荷によらず予混合燃料の流量を最低限の値まで低下させることも考えられるが、この場合はガスタービン負荷が高いほど補正量が大きくなり必要以上に燃焼状態が変化する可能性がある。それに対し、本実施形態によれば、予混合器燃空比が火炎保持限界を一定の割合で下回る程度に予混合燃料の流量を下げるので、必要以上の燃焼状態の変化（例えばＮＯｘ排出量の増加）を抑制することができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
図１０は本発明の第３実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図であり、第１実施形態の図７に対応する図である。図１１Ａは本実施形態の予混合燃料比率制御における予混合燃料比率の低下量（補正量）とガスタービン負荷との関係を表す特性図、図１１Ｂは予混合器燃空比低下量とガスタービン負荷との関係を表す特性図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは第２実施形態の図９Ａ及び図９Ｂに対応している。
【００４２】
本実施形態では、図１０に示したように検出温度Ｔｍについて大きさの異なる複数（本例では２つ）の設定値Ｔｓ１，Ｔｓ２（Ｔｓ１＜Ｔｓ２）が設定されている。そして、各設定値Ｔｓ１，Ｔｓ２に対応して第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの異なる制御量が設定されている。制御装置５０は、図１０のように補正値演算回路５０ａにより検出温度Ｔｍに応じた補正値を演算し、予混合燃料比率制御回路５０ｂにより予混合燃料比率制御を段階的に実行する。なお、本実施形態では２段階の予混合燃料比率の制御を実行する例を説明するが、３段階以上の制御とすることもできる。
【００４３】
図１１Ａのようなガスタービン負荷に応じた予混合燃料比率の補正量ΔＦ２Ａ，ΔＦ２Ｂのデータを補正値演算回路５０ａに格納してある。ΔＦ２ＡはＴｓ１＜Ｔｍ≦Ｔｓ２の場合の補正量、ΔＦ２ＢはＴｍ＞Ｔｓ２の場合の補正量である。補正量ΔＦ２Ａ，ΔＦ２Ｂは第２実施形態と同様にガスタービン負荷に応じて線形的に増加する設定としてあるが、ガスタービン負荷と補正量の関係線は必ずしも直線に設定する必要はない。その他の点について、本実施形態は第１実施形態と同様である。
【００４４】
図１２は本実施形態に係るガスタービン燃焼器に備えられた制御装置による予混合燃料比率制御の手順の一例を示すフローチャートである。図１２の手順が第１実施形態の図５の手順と相違する点は、ステップＳ１１の手順がステップＳ１１Ａ，Ｓ１１Ｂに置換されている点と、ステップＳ１２の手順がステップＳ１２Ａ，Ｓ１２Ｂの手順に置き換わっている点である。
【００４５】
すなわち、制御装置５０は、まず予混合燃料比率制御回路５０ｂによって温度計４２ｅ（例えばいずれかの温度計４２ｅ）の検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓ１を超えているかを判定する（ステップＳ１１Ａ）。このように運転状態が正常で検出温度Ｔｍ（例えば全ての温度計４２ｅの検出温度Ｔｍ）が設定値Ｔｓ１以下の場合、制御装置５０は図１２の手順を終える。検出温度Ｔｍ（例えばいずれかの温度計４２ｅの検出温度Ｔｍ）が設定値Ｔｓ１を超えている場合、制御装置５０は温度計４２ｅ（例えばいずれかの温度計４２ｅ）の検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓ２以下であるかを判定する（ステップＳ１１Ｂ）。制御装置５０は、検出温度Ｔｍが設定値Ｔｍ２以下（Ｔｓ１＜Ｔｍ≦Ｔｓ２）であればステップＳ１２Ａに、検出温度Ｔｍが設定値Ｔｍ２を超えていれば（Ｔｍ＞Ｔｓ２）ステップＳ１２Ｂに手順を移す。Ｔｓ１＜Ｔｍ≦Ｔｓ２）であれば、制御装置５０は補正値演算回路５０ａにより予混合燃料比率の低下量がΔＦ２Ａとなるように第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの開度の補正値を演算して手順をステップＳ１３に移す（ステップＳ１２Ａ）。Ｔｍ＞Ｔｓ２であれば、制御装置５０は補正値演算回路５０ａにより予混合燃料比率の低下量がΔＦ２Ｂとなるように第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの開度の補正値を演算して手順をステップＳ１３に移す（ステップＳ１２Ｂ）。以降、Ｓ１３−Ｓ１６の手順は図５と同一である。
【００４６】
本実施形態においては、第１実施形態と同様の効果は勿論、予混合燃料比率を段階的に制御することで、燃焼状態の変化（例えばＮＯｘ排出量の増加）を抑制することができる。例えば、例えば検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓ１を超えた段階でΔＦ２Ａだけ予混合燃料比率を下げ、それにより検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓ２に至ることなくＴｓ１を下回れば、予混合燃料比率の低下量をΔＦ２Ｂより小さいΔＦ２Ａに抑えることができる。
【００４７】
＜第４実施形態＞
図１３は本発明の第４実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図であり、第１実施形態の図７に対応する図である。本実施形態における制御装置５０は、検出温度Ｔｍの変化率ΔＴｍ（上昇率）が対応する設定値ΔＴｓを超えた場合に予混合燃料比率制御回路５０ｂにより予混合燃料比率制御を実行するように構成されている。検出温度の変化率ΔＴｍが最も大きい場面は予混合室４２ｆに火炎が形成された場合であり、本実施形態では変化率ΔＴｍ（上昇率）が設定値ΔＴｓを超えたことをもって予混合室４２ｆに火炎が形成されたことを検知して予混合燃料比率制御を実行する。予混合燃料比率制御自体は第１実施形態と同様である。
【００４８】
また、火炎が消し止められたら徐々に検出温度Ｔｍが低下し始め、変化率ΔＴｍ（低下率）も徐々に低下していく。本実施形態の制御装置５０は、この間の変化率ΔＴｍ（低下率）が設定値ΔＴｓを下回った時点から設定時間Δｔ３が経過するのを待って予混合燃料比率を戻す復帰動作を復帰制御回路５０ｃにより実行する。
【００４９】
その他の点について、本実施形態は第１実施形態と同様である。このように検出温度Ｔｍの変化率を基礎としても予混合燃料比率制御は実現可能である。
【００５０】
＜第５実施形態＞
図１４Ａは本発明の第５実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における燃料発熱量とゲイン設定との関係を表す特性図、図１４Ｂは予混合燃料比率の低下量（補正量）とガスタービン負荷との関係を表す特性図である。図１４Ｂは図９Ｂに対応する図である。本実施形態では、カロリーメータ４４（図１）で計測された予混合燃料のカロリー（燃料発熱量）の上昇に伴って予混合燃料比率制御に伴う第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの制御量を大きくするように制御装置５０が構成されている。具体的には、補正値演算回路５０ａに図１４Ａに示すようなカロリーとゲイン設定の関係を規定したデータが格納されている。本実施形態では第２実施形態と同様にガスタービン負荷に応じて予混合燃料比率の低下量（弁開度の補正量）が演算されるが、演算した予混合燃料比率の低下量（弁開度の補正量）がカロリーに応じたゲインを乗じることにより更に補正される。本実施形態では燃料のカロリーとゲインの関係を線形に設定しているが、関係を線形に設定する必要はない。
【００５１】
カロリーには予め基準値（基準発熱量）が設定されており、計測されたカロリーが基準値の場合にゲインは１に設定される。ゲイン＝１の場合、ガスタービン負荷に応じた予混合燃料比率の低下量（図１４Ｂの実線上の値）に基づいて弁開度の補正値が演算される。計測されたカロリーが基準値より大きい場合、図１４Ａに示したようにゲインはカロリーに応じた大きさの正の値に設定される。この場合、予混合燃料比率の低下量はゲインを乗じることで増加方向に補正され、補正後の予混合燃料比率の低下量（図１４Ｂの一点鎖線上の値）に基づいて弁開度の補正値が演算される。反対に計測されたカロリーが基準値より小さい場合、図１４Ａに示したようにゲインはカロリーに応じた大きさの負の値に設定される。この場合、予混合燃料比率の低下量はゲインを乗じることで減少方向に補正され、補正後の予混合燃料比率の低下量（図１４Ｂの破線上の値）に基づいて弁開度の補正値が演算される。
【００５２】
その他の点について、本実施形態は第２実施形態と同様であり、同実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態では燃料のカロリーの増減に柔軟に対応して適切な予混合燃料比率制御を実現できるメリットがある。例えば燃料のカロリーが不測に増加した場合にはより大きく予混合燃料の流量を減らして確実に予混合室４２ｆを消火することができる。またカロリーが低下した場合には、予混合燃料の流量減少幅を抑えることで、燃焼状態の変動ひいてはＮＯｘ排出量の一時的な増加を抑えることができる。
【００５３】
＜第６実施形態＞
図１５Ａは本発明の第６実施形態に係るガスタービン燃焼器の予混合燃料比率制御における燃料の水素濃度とゲイン設定との関係を表す特性図、図１５Ｂは予混合燃料比率の低下量（補正量）とガスタービン負荷との関係を表す特性図である。本実施形態では、濃度計４５（図１）で計測された予混合燃料の水素濃度の上昇に伴って予混合燃料比率制御に伴う第１−第５燃料流量調節弁２１Ａ−２１Ｅの制御量を大きくするように制御装置５０が構成されている。具体的には、補正値演算回路５０ａに図１５Ａに示すような水素濃度とゲイン設定の関係を規定したデータが格納されている。本実施形態では第２実施形態と同様にガスタービン負荷に応じて予混合燃料比率の低下量（弁開度の補正量）が演算されるが、演算した予混合燃料比率の低下量（弁開度の補正量）が水素濃度に応じたゲインを乗じることにより更に補正される。本実施形態では燃料の水素濃度とゲインの関係を線形に設定しているが、関係を線形に設定する必要はない。要するに、燃料のカロリーではなく水素濃度に応じてゲインを設定する点を除き、本実施形態は第５実施形態と同様である。
【００５４】
第５実施形態と同じ要領で水素濃度には予め基準値（基準水素濃度）が設定されており、計測された水素濃度が基準値の場合にゲインは１に設定される。ゲイン＝１の場合、ガスタービン負荷に応じた予混合燃料比率の低下量（図１５Ｂの実線上の値）に基づいて弁開度の補正値が演算される。計測された水素濃度が基準値より大きい場合、図１５Ａに示したようにゲインは水素濃度に応じた大きさの正の値に設定される。この場合、予混合燃料比率の低下量はゲインを乗じることで増加方向に補正され、補正後の予混合燃料比率の低下量（図１５Ｂの一点鎖線上の値）に基づいて弁開度の補正値が演算される。反対に計測された水素濃度が基準値より小さい場合、図１５Ａに示したようにゲインは水素濃度に応じた大きさの負の値に設定される。この場合、予混合燃料比率の低下量はゲインを乗じることで減少方向に補正され、補正後の予混合燃料比率の低下量（図１５Ｂの破線上の値）に基づいて弁開度の補正値が演算される。
【００５５】
本実施形態では第２実施形態と同様の効果が得られることに加え、燃料の水素濃度の増減に柔軟に対応して適切な予混合燃料比率制御を実現できるメリットがある。例えば燃料の水素濃度が不測に増加した場合にはより大きく予混合燃料の流量を減らして確実に予混合室４２ｆを消火することができる。また水素濃度が低下した場合には、予混合燃料の流量減少幅を抑えることで、燃焼状態の変動ひいてはＮＯｘ排出量の一時的な増加を抑えることができる。
【００５６】
＜第７実施形態＞
図１６は本発明の第７実施形態におけるバーナのメタル温度、予混合燃料比率、燃料流量及び発電量を示す特性図であり、第１実施形態の図７に対応する図である。第６実施形態までは、いずれかの予混合室４２ｆにおける火炎の形成が検知されたら部分バーナ４２Ａ−４２Ｄへの燃料流量を一様に減少させて予混合燃料比率を下げたのに対し、本実施形態では火炎の発生した部分バーナに対する燃料流量のみを減少させる。
【００５７】
本実施形態においては複数の温度計４２ｅが必須であり、複数の部分バーナ４２Ａ−４２Ｄのそれぞれについて少なくとも１枚の隔壁４２ｄに各１つの温度計４２ｅが設けてある。特に本実施形態では、周方向に１２枚ある隔壁４２ｄに対して１枚おきに、計６枚の隔壁４２ｄに温度計４２ｅが設けられている。つまり温度計４２ｅが６つである。
【００５８】
制御装置５０は、いずれか１つ以上の温度計４２ｅによる検出温度Ｔｍが設定値Ｔｓを超えた場合、火炎が検知された部分バーナを判定し、対応する予混合燃料流量調整弁の開度を減少させ、その部分バーナの予混合燃料比率を低下させる。火炎発生が推定される部分バーナが１つの場合は１つの予混合燃料流量調整弁の開度を制御し、複数の場合は複数の予混合燃料流量調整弁の開度を制御することになる。同時に、予混合燃料の流量減少に伴って拡散燃料流量調整弁の開度を増加させ、拡散燃料の流量を増加させてバーナ５に対する供給燃料の総量を維持する。予混合燃料比率制御の対象が部分バーナ単位である点を除いて、制御装置５０による制御手順自体は第１実施形態と同じ要領である。
【００５９】
例えば、設定値Ｔｓを超える検出温度Ｔｍを出力した温度計４２ｅが部分バーナ４２Ａに属している場合、図１６に示したように、その温度計４２ｅが属する部分バーナ４２Ａに対応する第２燃料流量調整弁２１Ｂの開度が下げられる。この間、その他の部分バーナ４２Ｂ−４２Ｄに対応する第３−第５燃料流量調整弁２１Ｃ−２１Ｅの開度は維持される。同時に、バーナ５に供給する燃料流量の総量が変わらないように、予混合燃料の流量減少分に応じて第１燃料流量調整弁２１Ａの開度が上げられる。
【００６０】
その他の点について、本実施形態は第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、予混合燃料比率の制御を必要箇所に限定し、予混合燃料比率を下げる必要のない部分バーナについては燃料状態を維持することができる。これにより燃焼状態の変化、ひいてはＮＯｘ排出量の一時的な増加を極力抑えることができる。
【００６１】
なお、隣接する部分バーナを仕切る隔壁４２ｄに設けた温度計４２ｅの検出温度Ｔｍが上昇した場合、その検出温度Ｔｍのみではどちらの部分バーナで火炎が発生したのか推定できない。しかし、他の温度計４２ｅの検出温度Ｔｍとの組み合わせで火炎発生が推定される部分バーナを特定することができる。１枚おきの隔壁４２ｄに温度計４２ｅを設けた場合、火炎発生が推定される部分バーナの一定の特定精度が確保できる一方で、全隔壁４２ｄに設置する場合に比べて温度計４２ｅの数が半分で済むことがメリットである。
【００６２】
＜変形例＞
予混合室４２ｆで火炎が形成されると流体振動（圧力波）が大きくなる。例えば予混合器に圧力計を設け、この流体振動を検知することで、検出温度Ｔｍのみで火炎発生を検知するよりも火炎の検出精度の向上が期待され得る。また、上記の各実施形態は適宜組み合わせ可能である。例えば第１−第６実施形態において、それぞれ第７実施形態を組み合わせて部分バーナ単位で予混合燃料比率を制御することができる。また、第５及び第６実施形態を組み合わせ、燃料のカロリーと水素濃度の２つを基礎として予混合燃料比率の制御量を補正する例も考えられる。また、第４実施形態を他の実施形態に適用して、検出温度Ｔｍの代わりに変化率ΔＴｍで予混合燃料比率制御及び復帰制御を実行する例も考えられる。
【符号の説明】
【００６３】
１…圧縮機、２…ガスタービン燃焼器、３…タービン、１０…燃焼器ライナ、２０Ａ…第１燃料系統（拡散燃料系統）、
２０Ｂ−２０Ｅ…第２−第５燃料系統（予混合燃料系統）、２１Ａ…第１燃料流量調整弁（拡散燃料流量調整弁）、２１Ｂ−２１Ｅ…第２−第５燃料流量調整弁（予混合燃料流量調整弁）、４１…拡散バーナ、４１ｂ…予混合燃料ノズル、４２…予混合バーナ、４２ｂ…内筒、４２ｃ…外筒、４２ｄ…隔壁、４２ｆ…予混合室、４２ｅ…温度計、４２Ａ−４２Ｄ…部分バーナ、４４…カロリーメータ、４５…濃度計、５０…制御装置、１００…ガスタービンプラント、７３…保炎器、Ｔｍ…検出温度（温度計の検出値）、Ｔｓ，ΔＴｓ…設定値、Δｔ２…設定時間、ΔＴｍ…変化率（温度計の検出値の上昇率）
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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