(57)【要約】【課題】燃焼器ライナのメタル温度の局所的な上昇とＮＯｘの上昇を抑制したガスタービン燃焼器及びその制御方法を提供する。  【解決手段】燃焼室を形成する燃焼器ライナと、前記燃焼室の上流側に配置された前記燃焼室に燃料を供給する複数のバーナとを備え、該複数のバーナは、中央バーナと、該中央バーナの周囲に複数個設置された外側バーナとから構成され、前記複数個の外側バーナにはそれぞれ燃料供給系統が配設され、前記燃料供給系統にはそれぞれ燃料流量調整弁が設けられ、前記燃焼器ライナの外周に円筒状のフロースリーブを備え、前記燃焼器ライナと前記フロースリーブとの間に形成された環状流路内に、流下する空気の流速を測定する流速計測手段が一つ以上配設され、前記流速計測手段で計測した前記環状流路内の空気流速に応じて、前記外側バーナに供給する燃料流量を調節する制御装置を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気とを混合し燃焼させる燃焼室を形成する燃焼器ライナと、
前記燃焼室の上流側に位置し、前記燃焼室に燃料を供給する複数のバーナとを備え、
これらの複数のバーナは、中央バーナと、該中央バーナの周囲に複数個設置された外側バーナとから構成され、
前記複数個の外側バーナにはそれぞれ燃料供給系統が配設され、前記燃料供給系統にはそれぞれ燃料流量調整弁が設けられ、
前記燃焼器ライナの外周に円筒状のフロースリーブを備え、
前記燃焼器ライナと前記フロースリーブとの間に形成された環状流路内に、流下する空気の流速を測定する流速計測手段が一つ以上配設され、
前記流速計測手段で計測した前記環状流路内の空気流速に応じて、前記外側バーナに供給する燃料流量を調節する制御装置を備えたことを特徴としたガスタービン燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記制御装置は、前記流速計測手段で計測した流速情報に基づいて前記外側バーナの燃空比を算出し、前記燃空比に応じて燃料流量を調節することを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記流速計測手段が、前記環状流路内の空気流速の分布において、空気流速が最大と最小となる２点に設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
一つの前記流速計測手段で計測した流速情報を、複数の前記外側バーナの燃空比の算出に用い、前記燃空比に応じて燃料流量を調節することを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記流速計測手段が、前記外側バーナと同数設置されると共に、ガスタービン燃焼器の周方向についての位相が前記外側バーナと同位相となる位置に設置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
複数の燃焼缶を備えた多缶式のガスタービン燃焼器であって、
圧縮機出口から複数の前記燃焼缶へ空気を分配するケーシングを備え、
前記ケーシングには複数の前記燃焼缶が周方向に配設され、
前記燃焼缶は、燃料と空気とを混合し燃焼させる燃焼室を形成する燃焼器ライナと、前記燃焼室の上流側に配置された前記燃焼室に燃料を供給する複数のバーナとを備え、該複数のバーナが、中央バーナと、該中央バーナの周囲に複数個設置された外側バーナとから構成されており、
少なくとも一つ以上の前記燃焼缶として、請求項１〜５のいずれかに記載のガスタービン燃焼器を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項７】
請求項６に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃焼缶として、前記流速計測手段を備えた燃焼缶と、前記流速計測手段を備えていない燃焼缶とを備え、
前記流速計測手段を備えた燃焼缶の空気流速分布に基づいて、前記流速計測手段を備えていない燃焼缶の前記外側バーナに供給する燃料流量を調節することを特徴としたガスタービン燃焼器。
【請求項８】
燃料と空気とを混合し燃焼させる燃焼室を形成する燃焼器ライナと、前記燃焼室の上流側に配置された前記燃焼室に燃料を供給する複数のバーナと、前記燃焼器ライナの外周に円筒状のフロースリーブとを備え、該複数のバーナが、中央バーナと、該中央バーナの周囲に複数個設置された外側バーナとから構成され、前記複数個の外側バーナにそれぞれ燃料供給系統が配設され、前記燃料供給系統にそれぞれ燃料流量調整弁が設けられたガスタービン燃焼器の制御方法であって、
前記燃焼器ライナと前記フロースリーブとの間に形成された環状流路内を流下する空気の流速を計測し、計測した前記環状流路内の空気流速に応じて、前記外側バーナに供給する燃料流量を調節することを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載のガスタービン燃焼器の制御方法であって、
計測した前記環状流路内の空気流速に基づいて前記外側バーナの燃空比を算出し、前記燃空比に応じて、前記外側バーナに供給する燃料流量を調節することを特徴とす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】
環境負荷低減の観点からガスタービンには更なる低ＮＯｘ化が求められている。ガスタービン燃焼器を低ＮＯｘ化するための方策として、予混合バーナを採用し、燃焼器ライナの冷却空気量を削減することで予混合気の希薄化を図っている。しかし、燃焼器内の空気偏流に起因する局所燃空比の上昇により、燃焼器ライナのメタル温度の局所的な上昇やＮＯｘの上昇が懸念される。
【０００３】
特開２００８−０８２３３０号公報（特許文献１）では、複数の燃焼室部分を有する燃焼器内部に設けた複数の燃料ノズルに分配される燃料流量、空気流量、またはその両者を調整することで燃焼室内の温度分布を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０８２３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスタービン燃焼器の空気導入部となる尾筒外筒では、周方向にわたり流入する空気流量に偏りが生じる場合がある。その場合、流入する空気流量が少ない周方向位置に設けられたバーナに供給される燃焼用空気流量が減少し、局所燃空比が上昇することで、燃焼器ライナのメタル温度が局所的に上昇することがある。更に局所火炎温度が上昇することによりＮＯｘが上昇することがある。
【０００６】
特開２００８−０８２３３０号公報には、燃焼室の温度分布を制御する技術が開示されている。しかし、局所燃空比の動的な管理に基づき低ＮＯｘ化を実現する技術については何等開示されていない。
【０００７】
本発明の目的は、燃焼器ライナのメタル温度の局所的な上昇とＮＯｘの上昇を抑制したガスタービン燃焼器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】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、燃料と空気とを混合し燃焼させる燃焼室を形成する燃焼器ライナと、前記燃焼室の上流側に位置し、前記燃焼室に燃料を供給する複数のバーナとを備え、これらの複数のバーナは、中央バーナと、該中央バーナの周囲に複数個設置された外側バーナとから構成され、前記複数個の外側バーナにはそれぞれ燃料供給系統が配設され、前記燃料供給系統にはそれぞれ燃料流量調整弁が設けられ、前記燃焼器ライナの外周に円筒状のフロースリーブを備え、前記燃焼器ライナと前記フロースリーブとの間に形成された環状流路内に、流下する空気の流速を測定する流速計測手段が一つ以上配設され、前記流速計測手段で計測した前記環状流路内の空気流速に応じて、前記外側バーナに供給する燃料流量を調節する制御装置を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃焼器ライナのメタル温度の局所的な上昇とＮＯｘの上昇を抑制したガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラントの概略構成を示すプラントの系統図である。
【図２】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器の詳細を示す構成図である。
【図３】図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器における空気孔プレート部分を燃焼室側から見た正面図である。
【図４】本発明適用前のガスタービン燃焼器運転時の各外側バーナでの空気流量と燃料流量とセクタ燃空比の各運転状態量を示した棒グラフである。
【図５】本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器の制御方法適用時の各外側バーナでの空気流量と燃料流量とセクタ燃空比の各運転状態量を示した棒グラフである。
【図６】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器の制御内容を示したフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器における空気孔プレート部分を燃焼室側から見た断面図である。
【図８】第２実施例の変形例である。
【図９】第３実施例であるケーシングへのガスタービン燃焼器の配置図である。
【図１０】第３実施例の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施例であるガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の制御方法について図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の運転方法について図１〜図６を用いて説明する。
【００１３】
図１は発電用ガスタービンプラントの全体構成を表す系統図である。
【００１４】
図１に示したガスタービンプラント９において、発電用ガスタービンは、吸い込み空気１５を加圧して高圧空気１６を生成する圧縮機１と、圧縮機１で生成した高圧空気１６とガス燃料５０とを混合して燃焼させて高温燃焼ガス１８を生成するガスタービン燃焼器２と、ガスタービン燃焼器２で生成した高温燃焼ガス１８によって駆動されるタービン３と、タービン３の駆動によって回転され電力を発生させる発電機８と、前記圧縮機１、タービン３及び発電機８を一体に連結するシャフト７によって構成されている。
【００１５】
そして、前記ガスタービン燃焼器２は、ケーシング４の内部に格納されている。また、ガスタービン燃焼器２は、その頭部に複数の燃料ノズル２５で構成されたマルチバーナ６を備え、このマルチバーナ６の下流側となるガスタービン燃焼器２の内部に、高圧空気と燃焼ガスとを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０を備えている。前記燃焼器ライナ１０の内部には、高圧空気１６とガス燃料５０とを混合して燃焼させて高温燃焼ガス１８を生成する燃焼室５が形成されている。
【００１６】
この燃焼器ライナ１０の外周には、高圧空気を流下させる空気流路を形成する外周壁となる概略円筒状のフロースリーブ１１が配設されており、前記フロースリーブ１１の直径は前記燃焼器ライナ１０の直径よりも大径に形成されて、この燃焼器ライナ１０に対してほぼ同心円の円筒状となるように配設されている。
【００１７】
前記燃焼器ライナ１０の下流側には、ガスタービン燃焼器２の燃焼室５で発生した高温燃焼ガス１８をタービン３に導くための尾筒内筒１２が配設されている。
【００１８】
また、この尾筒内筒１２の外周側の位置となる前記フロースリーブ１１の下流側には、尾筒外筒１３が配設されている。
【００１９】
吸い込み空気１５は、圧縮機１によって圧縮された後に高圧空気１６となる。高圧空気１６は、ケーシング４内に充満した後、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間の空間に流入し、尾筒内筒１２を外壁面から対流冷却する。
【００２０】
さらにこの高圧空気１６は、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路を通ってガスタービン燃焼器２の頭部に向かって流れる。高圧空気１６は流れる途中で、燃焼器ライナ１０の対流冷却に使用される。
【００２１】
燃焼器ライナ１０を対流冷却した後、高圧空気１６は燃焼用空気としてガスタービン燃焼器２の燃焼室５の上流側壁面に位置する空気孔プレート３１に設けられた多数の空気孔３２から燃焼室５に流入する。
【００２２】
フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路内には流速計測手段としてピトー管７０ａ、７０ｄを設け、前記燃焼用空気の流速を計測する。
【００２３】
多数の空気孔３２から燃焼器ライナ１０に流入した燃焼用空気は、マルチバーナ６を構成する複数の燃料ノズル２５から噴出される燃料とともに、燃焼器ライナ１０の内部に形成された燃焼室５で燃焼して高温燃焼ガス１８を生成する。
【００２４】
前記燃焼器ライナ１０の燃焼室５で燃焼して生成した高温燃焼ガス１８は、尾筒内筒１２を通じてタービン３に供給され、このタービン３を駆動する。
【００２５】
高温燃焼ガス１８はタービン３を駆動した後に該タービン３から排出されて排気ガス１９となる。
【００２６】
タービン３で得られた駆動力は、シャフト７を通じて圧縮機１及び発電機８に伝えられる。タービン３で得られた駆動力の一部は、圧縮機１を駆動して空気を加圧し高圧空気を生成する。また、タービン３で得られた駆動力の他の一部は、発電機８を回転させて電力を発生させる。
【００２７】
前記ガスタービン燃焼器２における複数の燃料ノズル２５で構成されたマルチバーナ６には、図１に示したように燃料５０を供給する燃料系統５１〜５３の３つの燃料系統が配設されている。
【００２８】
燃料系統５１〜５３には燃料流量調整弁６１〜６３がそれぞれ備えられており、燃料系統５１〜５３を通じて供給される燃料５０の流量は、制御装置１００からの制御信号７４ａ、７４ｄに基づいて前記燃料流量調整弁６１〜６３の弁開度を操作することによって調節され、ガスタービンプラント９の発電量が制御される。
【００２９】
制御装置１００はピトー管７０ａ、７０ｄが計測した空気流速情報７２ａ、７２ｄを取得し、制御信号７４ａ、７４ｄを通じて燃料流量調整弁６２、６３の弁開度を調整する。
【００３０】
また、燃料系統５１〜５３に分岐する上流側に配設された燃料系統には、燃料５０の供給を遮断するための燃料遮断弁６０が備えられている。
【００３１】
次に本実施例であるガスタービン燃焼器２のマルチバーナ６と、ピトー管７０ａ、７０ｄと、制御装置１００と、燃料系統５１〜５３と、燃料流量調整弁６１〜６３の配置状況の詳細を図２の部分断面図に示し、空気孔プレート３１を燃焼室５側から見たガスタービン燃焼器２の正面図を図３に示す。
【００３２】
図２及び図３に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器２における複数の燃料ノズル２５を備えたマルチバーナ６は、円盤状の空気孔プレート３１の中心に対応して配置された１個の中央バーナ３３と、中央バーナ３３の外周側に位置するように前記空気孔プレート３１の中心と外周との間に、相互に離間して配置された６個の外側バーナ３７ａ〜３７ｆから構成されている。なお、本実施例では、中央バーナ３３がガスタービン燃焼器２の軸中心に位置している。
【００３３】
前記中央バーナ３３及び外側バーナ３７には、これらの中央バーナ３３及び外側バーナ３７をそれぞれ構成する多数の燃料ノズル２５が設置されており、更に前記燃料ノズル２５の上流側の位置に燃料を前記燃料ノズル２５に分配する燃料ノズルヘッダ２３が設置されている。
【００３４】
そして、前記燃料ノズル２５から噴出した燃料及び空気を通過させてガスタービン燃焼器２の燃焼室５に噴出する多数の空気孔３２を備えた空気孔プレート３１が前記燃料ノズル２５の下流側で前記燃焼室５の上流側に位置するように設置されている。
【００３５】
図３のガスタービン燃焼器２の正面図に示すように、前記１個の中央バーナ３３、及び中央バーナ３３の周囲に設置された６個の外側バーナ３７ａ〜３７ｆにそれぞれ設置された多数の燃料ノズル２５と１対１に対応して形成した多数の空気孔３２を備えた空気孔プレート３１が燃焼室５を区画するように設置されている。
【００３６】
前記空気孔プレート３１に形成した多数の空気孔３２によって前記中央バーナ３３及び外側バーナ３７の各バーナの下流となるガスタービン燃焼器２の燃焼室５内に燃料と空気との混合流体の流れである旋回流４０を形成し、この旋回流４０によって生じた循環流４１によってガスタービン燃焼器２の燃焼室５内で燃料が燃焼して形成された火炎４２を保炎している。
【００３７】
本実施例のガスタービン燃焼器２において、空気孔プレート３１の中心領域に１個配置した中央バーナ３３は、多数の燃料ノズル２５によって構成されており、これらの燃料ノズル２５に対して燃料を供給する燃料系統５１が接続するように配設されている。更に空気孔プレート３１の周辺領域に６個設置した外側バーナ３７ａ〜３７ｆも、多数の燃料ノズル２５によって構成されており、これらの燃料ノズル２５に対して燃料を供給する燃料系統５２、５３が接続するように配設されている。
【００３８】
フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路内にはピトー管７０ａ〜７０ｆが配設されている。図３に示すようにピトー管７０ａ〜７０ｆは空気孔プレート３１の外周に設けられた外側バーナ３７の外周に配設されており、外側バーナ３７ａ〜３７ｆに流入する燃焼用空気の流速分布を計測する。
【００３９】
なお、図２はマルチバーナ６の側断面図であり、側断面上に位置しない外側バーナ３７ｂ、３７ｃ、３７ｅ、３７ｆは図示していない。制御装置１００は例えばピトー管７０ａ、７０ｄが計測した空気流速情報７２ａ、７２ｄを取得し、燃料流量調整弁６１、６３の弁開度を調整する。
【００４０】
次に本実施例のガスタービン燃焼器２における制御方法について、図４〜図６を用いて説明する。
【００４１】
図４は本発明適用前のガスタービン燃焼器運転時の外側バーナ３７ａ〜３７ｆでの空気流速ｖｉと燃料流量Ｆ２ｉと各外側バーナの燃空比（以下、セクタ燃空比と記載）Ｆ２ｉ／Ａ２ｉの各運転状態量を示した棒グラフである。ここで添字ｉ＝１〜６とし、複数個設けた外側バーナ３７（Ｆ２−ｉ）ごとの運転状態量を区別する。
【００４２】
図１に示した燃焼器２の空気導入部となる尾筒外筒１３においては、周方向にわたり流入する空気流量に偏りが生じる場合がある。
【００４３】
本実施例では外側バーナ３７ｄが設けられた周方向位置に流入する空気流量が少なく、外側バーナ３７ａが設けられた周方向位置に流入する空気流量が多い場合について説明する。この場合、図３でピトー管７０ｄに隣接する外側バーナ３７ｄに供給される燃焼用空気流量が減少し、ピトー管７０ａに隣接する外側バーナ３７ａに供給される燃焼用空気流量が増加する。
【００４４】
図４に示した空気流速ｖｉは外側バーナ３７ａ〜３７ｆの各外周部で計測した流速を示す。外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）では平均流速１０２に比べて流速が低下しており、外側バーナ３７ａ（Ｆ２−１）では平均流速１０２に比べて流速が増加している。
【００４５】
各外側バーナ３７に供給される燃料流量Ｆ２ｉは、ガスタービンの定格負荷における規定燃料流量１０４に設定されており、外側バーナ３７ａ（Ｆ２−１）〜３７ｆ（Ｆ２−６）で燃料流量Ｆ２ｉは同一に設定される。
【００４６】
上記の結果、外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）のセクタ燃空比Ｆ２４／Ａ２４は、ガスタービンの定格負荷における規定燃空比１０６を超えることになる。一方、外側バーナ３７ａ（Ｆ２−１）のセクタ燃空比Ｆ２１／Ａ２１は、ガスタービンの定格負荷における規定燃空比１０６を下回ることになる。
【００４７】
セクタ燃空比Ｆ２４／Ａ２４が上昇することで、燃焼器ライナ１０の外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）が設けられた周方向位置のメタル温度が局所的に上昇することとなる。一方、燃空比Ｆ２１／Ａ２１は低下し、燃焼器ライナ１０の外側バーナ３７ａ（Ｆ２−１）が設けられた周方向位置のメタル温度が局所的に低下することになる。
【００４８】
この場合、燃焼器ライナ１０の周方向にわたって温度偏差が大きくなり、熱応力の発生により、燃焼器ライナ１０の構造信頼性が低下する。更に外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）の局所火炎温度が上昇することにより、ＮＯｘが上昇することになる。
【００４９】
図５は本実施例のガスタービン燃焼器運転時の各外側バーナ３７での空気流速ｖｉと燃料流量Ｆ２ｉとセクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉの各運転状態量を示した棒グラフである。
【００５０】
前記の通り、各外側バーナ３７に供給される燃料流量Ｆ２ｉをガスタービンの定格負荷における規定燃料流量１０４に設定した場合、外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）のセクタ燃空比Ｆ２４／Ａ２４は、ガスタービンの定格負荷における規定燃空比１０６を超えることになる。一方、外側バーナ３７ａ（Ｆ２−１）のセクタ燃空比Ｆ２１／Ａ２１は、ガスタービンの定格負荷における規定燃空比１０６を下回ることになる。
【００５１】
そこで本実施例では空気流速ｖｉに基づき、燃料流量Ｆ２ｉを調整することでセクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉの適正化を行う。
【００５２】
図４にはセクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉの適正燃空比範囲１０８を示す。外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）のセクタ燃空比Ｆ２４／Ａ２４は適正燃空比範囲１０８の上限を超えている。そこで、外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）に供給される燃料流量８２ｄを低減することで、セクタ燃空比Ｆ２４／Ａ２４を適正燃空比範囲１０８内に収める。
【００５３】
図５に示すように、外側バーナ３７ｄ（Ｆ２−４）を燃料流量８６ｄまで低減することでセクタ燃空比Ｆ２４／Ａ２４を適正燃空比範囲１０８に収めることができる。また外側バーナ３７ａ（Ｆ２−１）を燃料流量８６ａまで増加させることで、セクタ燃空比Ｆ２１／Ａ２１を適正燃空比範囲１０８に収めることができる。
【００５４】
図６は本実施例のガスタービン燃焼器の制御方法のフローチャートである。以下、本実施例の制御方法の詳細についてステップごとに説明する。なお、本制御は制御装置１００を用いて行なっても良い。
【００５５】
ガスタービン燃焼器の運転情報として、制御装置１００はピトー管７０ａ〜７０ｆにより空気流速ｖｉを計測する（ステップ１）。
【００５６】
空気流速ｖｉに基づき、セクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉを算出する（ステップ２）。
【００５７】
セクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉは式１で算出する。ここでＦ２ｉは燃料流量、Ａ２ｉは外側バーナの燃焼用空気流量、Ａ２は全外側バーナの燃焼用空気流量、Ｑは燃焼器１缶当りの供給空気流量、ｖｉは流速、Ａ１は中心バーナの燃焼用空気流量、ｎは外側バーナ数である。
【００５８】
【数１】
2015083779.tif 000003
【００５９】
流速の計測対象である、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路内を流れる空気には、中心バーナ及び外側バーナに供給される燃焼用空気が含まれる。このため、全外側バーナの燃焼用空気流量Ａ２を得るには、燃焼缶１個当りの供給空気流量Ｑから、運転計画上既知である中心バーナの燃焼用空気流量Ａ１を差し引く必要がある。
【００６０】
全外側バーナの燃焼用空気Ａ２は計測した周方向の流速分布に基づいて、各周方向から分布をもって外側バーナ３７に流入することから、セクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉは式１で算出される。
【００６１】
次にステップ２で算出したセクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉが適正値の範囲外であるかを判断する。適正値には上限値と下限値を設けることで適正値の範囲を設定する。セクタ燃空比が適正値の範囲内であればステップ１に戻り、範囲外であればステップ４に進む（ステップ３）。
【００６２】
セクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉを適正値の範囲内に収めるために、燃料流量調整弁を調整し、燃料流量Ｆ２ｉを制御する。セクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉが適正値の上限を超える場合であれば燃料流量Ｆ２ｉを低減し、下限を下回る場合には燃料流量Ｆ２ｉを増加する（ステップ４）。
【００６３】
ステップ４で調整したセクタ燃空比Ｆ２ｉ／Ａ２ｉが適正値の範囲内であるかを判断する。範囲外であればステップ４に戻る（ステップ５）。範囲内であれば燃料流量の調整を終了する（ステップ６）。
【００６４】
なお、本実施例では燃空比の適正範囲を設定して制御する場合について説明したが、燃空比をより厳密に管理する必要がある場合は、適正範囲ではなく適正値を設定して制御しても良い。但し、適正値を設定して制御する場合、適正範囲を設定して制御する場合よりも制御の負担が増加する恐れがある点には留意が必要である。
【００６５】
以上の通り、燃焼器ライナとフロースリーブとの間に形成された環状流路内に、流下する空気の流速を測定する流速計測手段を備え、この流速計測手段で計測した環状流路内の空気流速に応じて、外側バーナに供給する燃料流量を調節する制御装置を備えた本実施例によれば、マルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、バーナごとの局所燃空比を考慮した運転が可能となる。バーナごとの局所燃空比に応じて燃料流量を調節してバーナごとの局所燃空比を適正化することで、ＮＯｘの上昇とライナメタル温度の局所的な上昇を共に抑制したガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。
【００６６】
更に本実施例では、流速計測手段が、外側バーナと同数設置されると共に、ガスタービン燃焼器の周方向についての位相が前記外側バーナと同位相となる位置に設置されているため、運転時における環状流路内の空気流速分布を正確に把握することが可能となる。これにより、外側バーナに流入する空気量をより正確に把握し、バーナごとの局所燃空比を適正化してＮＯｘの上昇とライナメタル温度の局所的な上昇をより確実に抑制することができる。
【実施例２】
【００６７】
図７は本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器における空気孔プレート部分を燃焼室側から見た断面図である。本実施例では、流速計測手段であるピトー管７０の本数を削減しており、マルチバーナ６の背側のピトー管７０ａ、腹側のピトー管７０ｄ、背側と腹側以外のピトー管７０ｇ、７０ｈが配設されている。
【００６８】
なお、外側バーナ３７ｂと外側バーナ３７ｃは上下対称構造のため、ピトー管７０ｇで２つのセクタの流速を代表して計測してもよい。この場合、ピトー管７０ｈ側の外側バーナの燃空比の算出には、ピトー管７０ｇで計測した流量情報用いる。このように一つのピトー管７０ｇで計測した流速情報をピトー管７０ｈ側の外側バーナの燃空比の算出にも用いることで、より簡易な構造及び制御で燃空比を調節し、ＮＯｘの上昇とライナメタル温度の局所的な上昇を抑制することが可能である。
【００６９】
図８はピトー管削減時の変形例である。流入する空気流量の偏りが構造上予め分かっている場合には、流入する空気流量が最大と最低になる２点で流速を代表して計測してもよい。本実施例ではピトー管７０ａ、７０ｄで代表している。この場合、２点のみの計測で良いため、更に簡易な構造及び制御で燃空比を調節し、ＮＯｘの上昇とライナメタル温度の局所的な上昇を抑制することが可能である。
【００７０】
本実施例によっても、マルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、バーナごとの局所燃空比を適正化することで、ＮＯｘの上昇とライナメタル温度の局所的な上昇を共に抑制したガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。
【実施例３】
【００７１】
図９は第３実施例であるケーシングへのガスタービン燃焼器の配置図である。本実施例では多缶式燃焼器方式のガスタービン燃焼器において、圧縮機出口から各燃焼缶へ空気を分配するケーシング部分におけるマルチバーナ６（燃焼缶）の配置方法を示す。
【００７２】
本実施例では配置された全てのマルチバーナ６ａ〜６ｈにおいて、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路内の流速分布に基づいて燃料流量を調節する。各マルチバーナ６はピトー管７０を内周側に１つずつ、外周側に１つずつの、合計２つずつ備えている。
【００７３】
図１０は第３実施例の変形例である。本変形例ではマルチバーナ６のケーシング４への配置位置に応じて、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路内の流速を計測するマルチバーナ６の数を削減し、マルチバーナ６ａ、６ｄ、６ｇの３つとしている。周状に配置したマルチバーナ６においては、向かい合ったマルチバーナ６同士で類似した流動特性を示すため、向かい合うマルチバーナ６の一方の流速分布に基づき、両者の燃料流量を制御してもよい。
【００７４】
本実施例によっても、マルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、バーナごとの局所燃空比を適正化することで、ＮＯｘの上昇とライナメタル温度の局所的な上昇を共に抑制したガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。
【００７５】
なお、本実施例では、各燃焼缶として図８に示したガスタービン燃焼器を適用した場合を示したが、例えば図３や図７に示したガスタービン燃焼器を適用しても良い。
【００７６】
また、以上の各実施例では、空気の流速計測手段の一例としてピトー管を用いる場合を説明したが、流速計測手段はピトー管に限らず、種々の流速計を適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、４：ケーシング、５：燃焼室、６、６ａ〜６ｈ：マルチバーナ、７：シャフト、８：発電機、９：ガスタービンプラント、１０：燃焼器ライナ、１１：フロースリーブ、１２：尾筒内筒、１３：尾筒外筒、１５：吸い込み空気、１６：高圧空気、１７：燃焼用空気、１８：高温燃焼ガス、１９：排気ガス、２３：燃料ノズルヘッダ、２５：燃料ノズル、３１：空気孔プレート、３２：空気孔、３３：中央バーナ、３７、３７ａ〜３７ｆ：外側バーナ、４０：旋回流、４１：循環流、４２：火炎、５０：燃料、５１〜５３：燃料系統、６０：燃料遮断弁、６１〜６３：燃料流量調節弁、７０、７０ａ〜７０ｈ：ピトー管、７２ａ、７２ｂ：空気流速情報、７４ａ、７４ｂ：制御信号、８０ａ〜８０ｆ：空気流速、８２ａ〜８２ｆ、８６ａ、８６ｄ：燃料流量、８４ａ〜８４ｆ、８８ａ、８８ｄ：セクタ燃空比、１００：制御装置、１０２：平均流速、１０４：ガスタービンの定格負荷における規定燃料流量、１０６：ガスタービンの定格負荷における規定燃空比、１０８：適正燃空比範囲
【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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