(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、
ガスタービンの回転数を検出する回転数検出器と、回転数検出器で検出したガスタービンの回転数の検出値を記録する記録装置と、記録装置に記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算する演算装置と、この演算装置で算出したガスタービンの回転数の時間変化に基づいてガスタービンの回転数の降下を始めた状況を判断して前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御する燃料制御装置を備えていることを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
ガスタービンの回転数の時間変化を算出する前記演算装置は、ガスタービンの負荷遮断時に上昇したガスタービンの回転数が降下を始めた状況を前記記録装置で記録したガスタービンの回転数の時間変化の演算によって検知して前記燃料制御装置に燃料流量を制御する操作信号を出力し、前記燃料制御装置によって前記ガスタービン燃焼器の燃焼形態を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えて拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項３】
拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、
ガスタービンの回転数を検出する回転数検出器と、回転数検出器で検出したガスタービンの回転数の検出値を記録する記録装置と、前記記録装置に記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算する演算装置と、圧縮機に設けた圧縮機抽気弁の開度を検出する抽気弁開度検出器と、前記演算装置で演算したガスタービンの回転数の時間変化の値と前記抽気弁開度検出器で検出した圧縮機抽気弁の開度信号をチェックする論理回路と、前記論理回路によるチェックの結果に基づいて前記ガスタービン燃焼器の燃焼状態を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるように、前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御する燃料制御装置を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
前記論理回路によるチェックによって、ガスタービンの負荷遮断時に定格から上昇したガスタービンの回転数が降下を始めており、かつ、圧縮機に設けた抽気弁の開度が全閉したことを検知した場合に、前記論理回路から前記燃料制御装置に指令信号を送信して、前記ガスタービン燃焼器を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えて拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器の制御装置は２軸型のガスタービン装置に備えていることを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項６】
拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御方法において、
ガスタービンの回転数を検出し、検出したガスタービンの回転数の検出値を記録し、記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算し、この演算したガスタービンの回転数の時間変化に基づいてガスタービンの回転数の降下を始めた状況を判断してガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を調節する燃料制御装置によって前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御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７】
請求項６に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
ガスタービンの回転数の時間変化の演算は、ガスタービンの負荷遮断時に上昇したガスタービンの回転数が降下を始めた状況をガスタービンの回転数を記録した時間変化のトレンドの演算によって行い、ガスタービンの回転数が降下を始めた状況になったと判断した場合に前記燃料制御装置に燃料流量を制御する操作信号を出力してガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を調節する前記燃料制御装置によって前記ガスタービン燃焼器の燃焼状態を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えて拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御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８】
拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御方法において、
ガスタービンの回転数を検出し、検出したガスタービンの回転数の検出値を記録し、記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算し、圧縮機に設けた圧縮機抽気弁の開度を検出し、前記演算したガスタービンの回転数の時間変化の値と検出した前記圧縮機抽気弁の開度信号をチェックした結果に基づいてガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を調節する燃料制御装置によって前記ガスタービン燃焼器の燃焼状態を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるように、前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御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において、
前記チェックによってガスタービンの負荷遮断時に定格から上昇したガスタービンの回転数が降下を始めており、かつ、圧縮機に設けた抽気弁の開度が全閉したことを検知した場合に、ガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を調節する前記燃料制御装置によって前記ガスタービン燃焼器を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えて拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御するように構成した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１０】
請求項６又は請求項７に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
前記ガスタービン燃焼器の制御方法は２軸型のガスタービン装置のガスタービン燃焼器の制御方法に使用されてい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の制御装置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】
ガスタービン燃焼器においては、拡散燃焼方式、予混合燃焼方式がある。拡散燃焼方式は、燃料と空気を燃焼室に別々に供給して燃焼させる方式であり、燃料と空気が量論混合比に近い状態で火炎が形成され局所的な火炎温度が高くなるため、燃焼安定性は高いが窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が増大する。
【０００３】
一方、予混合燃焼方式は、燃料と空気を予め混合してから燃焼室に供給して燃焼させる方式であり、火炎面における燃料と空気の混合比は拡散燃焼と比べて低く局所的な火炎温度が低下するため、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【０００４】
一般的な低ＮＯｘ燃焼器の運用として、起動から昇速、低負荷運転時には燃焼安定性の高い拡散燃焼とし、部分負荷から定格負荷運転においては燃焼安定性の高い拡散燃焼とＮＯｘ排出量を低減できる予混合燃焼を組み合わせることで、燃焼安定性とＮＯｘ排出量低減を両立している。
【０００５】
ガスタービンを発電に用いる場合、負荷運転状態から発電機とガスタービンを切り離して無負荷運転状態に移行する負荷遮断に耐え得ることが必要である。負荷遮断とは、何らかの原因により緊急に発電機とタービンを切り離すことであり、その際、ガスタービンは直ちに無負荷定格回転数運転状態にする必要がある。
【０００６】
負荷遮断直後においてガスタービンの回転数は上昇する。ガスタービンの回転数が制限値以上に上昇すると圧縮機やタービンの損傷につながる恐れがあり、ガスタービン燃焼器で火炎を維持できる最小限度まで燃料流量を速やかに低減してガスタービンの回転数の上昇を抑制する必要がある。
【０００７】
負荷遮断に伴うガスタービンの回転数上昇によりガスタービン燃焼器に流入する圧縮空気流量が増加し、また燃料流量を急速に低減するため、ガスタービン燃焼器内部の状態は過渡的に大きく変動する。このため、ガスタービン燃焼器においては高い燃焼安定性が求められ、負荷遮断時に燃料流量を低減する時には予混合燃焼用の燃料を遮断して拡散単独燃焼となるように燃料流量を制御している。
【０００８】
公知例の特開平１０-１６９４６７号公報には、ガスタービンの負荷遮断時において、予混合燃焼から着火遅れなく拡散単独燃焼に切り替えることができる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０-１６９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
環境に対する規制や社会的要求は日増しに強くなっており、ガスタービン燃焼器においても更なるＮＯｘ排出量の低減が求められている。ガスタービンの部分負荷から定格負荷運転状態ではガスタービン燃焼器の燃焼を拡散燃焼と予混合燃焼の混焼とすることでＮＯｘ排出量を低減している。
【００１１】
また、ガスタービンにおいては負荷遮断にともなう回転数上昇を抑制するため、負荷遮断時に予混合燃焼用の燃料を遮断し、拡散単独燃焼となるようにガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を制御している。
【００１２】
前記特開平１０-１６９４６７号公報には、ガスタービンの負荷遮断時に、予混合燃焼から着火遅れなく拡散単独燃焼に切り替える技術が開示されてはいるが、しかしながら、負荷遮断から通常の運転状態に復帰するまでの時間は負荷遮断の原因により異なり、負荷遮断後の無負荷定格速度運転の状態が長時間保持される可能性もある。
【００１３】
負荷遮断後の無負荷定格速度運転の状態が長時間保持される場合には、ＮＯｘ排出量の高い拡散単独燃焼の状態が継続されるため、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量の増加が課題となる。
【００１４】
本発明の目的は、ガスタービンの負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置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】
【００１５】
本発明のガスタービン燃焼器の制御装置は、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、ガスタービンの回転数を検出する回転数検出器と、回転数検出器で検出したガスタービンの回転数の検出値を記録する記録装置と、記録装置に記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算する演算装置と、この演算装置で算出したガスタービンの回転数の時間変化に基づいてガスタービンの回転数の降下を始めた状況を判断して前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御する燃料制御装置を備えていることを特徴とする。
【００１６】
また本発明のガスタービン燃焼器の制御装置は、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御装置において、ガスタービンの回転数を検出する回転数検出器と、回転数検出器で検出したガスタービンの回転数の検出値を記録する記録装置と、前記記録装置に記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算する演算装置と、圧縮機に設けた圧縮機抽気弁の開度を検出する抽気弁開度検出器と、前記演算装置で演算したガスタービンの回転数の時間変化の値と前記抽気弁開度検出器で検出した圧縮機抽気弁の開度信号をチェックする論理回路と、前記論理回路によるチェックの結果に基づいて前記ガスタービン燃焼器の燃焼状態を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるように、前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御する燃料制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明のガスタービン燃焼器の制御方法は、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御方法において、ガスタービンの回転数を検出し、検出したガスタービンの回転数の検出値を記録し、記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算し、この演算したガスタービンの回転数の時間変化に基づいてガスタービンの回転数の降下を始めた状況を判断してガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を調節する燃料制御装置によって前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御することを特徴とする。
【００１９】
また本発明のガスタービン燃焼器の制御方法は、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナを備えたガスタービン燃焼器の制御方法において、ガスタービンの回転数を検出し、検出したガスタービンの回転数の検出値を記録し、記録されたガスタービンの回転数の検出値の経緯からガスタービンの回転数の時間変化を演算し、圧縮機に設けた圧縮機抽気弁の開度を検出し、前記演算したガスタービンの回転数の時間変化の値と検出した前記圧縮機抽気弁の開度信号をチェックした結果に基づいてガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を調節する燃料制御装置によって前記ガスタービン燃焼器の燃焼状態を拡散燃焼バーナによる拡散単独燃焼から該拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるように、前記ガスタービン燃焼器に備えられた拡散燃焼バーナに供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量及び予混合燃焼バーナに供給する予混合燃焼用燃料流量をそれぞれ制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ガスタービン負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置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】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービン装置の構成図。
【図２】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器の燃料流量とガスタービン負荷を示す特性図。
【図３】本発明の第１実施例における負荷遮断時の拡散燃焼バーナ燃料流量、予混合燃焼バーナ燃料流量、ガスタービン回転数、及びＮＯｘ排出量の時間変化を示す特性図。
【図４】本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービン装置の構成図。
【図５】本発明の第２実施例における負荷遮断時の拡散燃焼バーナ燃料流量、予混合燃焼バーナ燃料流量、ガスタービン回転数、及びＮＯｘ排出量の時間変化を示す特性図。
【図６】本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービン装置の構成図。
【図７】本発明の第３実施例における負荷遮断時の拡散燃焼バーナ燃料流量、予混合燃焼バーナ燃料流量、ガスタービン回転数及びＮＯｘ排出量の時間変化を示す特性図。
【図８】本発明の第３実施例における負荷遮断時のガスタービン回転数と燃料流量比率の関係を示す特性図。
【図９】本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービン装置の構成図。
【図１０】本発明の第４実施例における負荷遮断時のガスタービン回転数、抽気弁開度、及び圧縮空気流量を示す特性図。
【図１１】本発明の第５実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービン装置の構成図。
【図１２】本発明の第６実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービン装置の構成図。
【図１３】本発明の第６実施例における負荷遮断時の燃料流量、低圧タービン回転数、及び高圧タービン回転数を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置について図面を参照にして以下に説明する。
【００２４】
ガスタービンを発電に用いる場合、負荷運転状態から発電機とガスタービンを切り離して無負荷運転状態に移行するガスタービンの負荷遮断に耐え得ることが必要である。
【００２５】
このガスタービンの負荷遮断時には、スタービン燃焼器で火炎を維持できる最小限度まで燃料流量を速やかに低減し、ガスタービンの回転数が制限値以上に上昇して圧縮機やタービンの損傷を防止する必要がある。
【００２６】
ガスタービンの負荷遮断に伴う回転数上昇によってガスタービン燃焼器に流入する圧縮空気流量が増加し、また燃料流量を急速に低減するため、ガスタービン燃焼器内部の状態は過渡的に大きく変動する。このため、ガスタービン燃焼器には高い燃焼安定性が求められているので、ガスタービンの負荷遮断時に燃料流量を低減する場合には、予混合燃料を遮断して拡散単独燃焼となるように燃料を制御する。
【００２７】
ところで、ガスタービン燃焼器の燃焼を予混合燃焼から拡散単独燃焼に切り替えると、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量が高くなる。
【００２８】
そこで、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置においては、ガスタービンの回転数を検知する検出器と、検出器の信号を記録する記録装置と、記録装置の情報から回転数の時間変化を算出する演算装置と、演算装置からの信号を受けてガスタービン燃焼器の拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナに供給する燃料流量を制御する燃料制御装置を備えており、ガスタービンの負荷遮断により定格の回転数から上昇したガスタービンの回転数が、この上昇したガスタービン回転数から降下を始めると、演算装置から燃料制御装置に操作信号を出力して、拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるようにガスタービン燃焼器に供給する燃料流量を制御するように構成したものである。
【００２９】
このようにガスタービン燃焼器の制御装置を構成することで、ガスタービンの負荷遮断後に定格の回転数から上昇したガスタービンの回転数が降下を始めると、拡散単独燃焼から速やかに拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えることが可能となるので、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することができる。
【実施例１】
【００３０】
本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図１乃至図３を用いて説明する。
【００３１】
図１は本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器を備えた発電用のガスタービン装置の全体図を示しており、圧縮機１と、ガスタービン燃焼器２と、タービン３を備え、タービン３の出力により発電機４を回転させて電力を得ている。
【００３２】
圧縮機1で圧縮された圧縮空気１００は、ディフューザー５を通ってガスタービン燃焼器２に流入し、外筒６と燃焼器ライナ７の間を通過する。
【００３３】
圧縮空気１００の一部は燃焼器ライナ７の冷却空気１０１としてガスタービン燃焼器２の燃焼室８に流入する。冷却空気１０１として使われなかった圧縮空気１００は燃焼器２の上流側で燃焼器の軸心側に設置された配置された拡散燃焼バーナ９、および該拡散燃焼バーナ９の外周側に設置された予混合燃焼バーナ１０に燃焼用空気としてそれぞれ流入する。
【００３４】
ガスタービン燃焼器２に備えられた拡散燃焼バーナ９は、拡散燃焼バーナ用燃料ノズル１１と旋回器１２を備えている。拡散燃焼バーナ９に流入した圧縮空気１００は、拡散燃焼空気１０２として旋回器１２によって旋回を与えられて燃焼室８に流入し、拡散燃焼バーナ用燃料ノズル１１から噴出する拡散バーナ用燃料を燃焼させて燃焼室８内に拡散火炎１０３を形成する。
【００３５】
ガスタービン燃焼器２に備えられた予混合燃焼バーナ１０は、複数の予混合バーナ用燃料ノズル１３と保炎器１４をそれぞれ備えている。予混合燃焼バーナ１０に流入した圧縮空気１００は予混合燃焼空気１０４として予混合バーナ用燃料ノズル１３から噴出する予混合バーナ用燃料と混合して燃焼させ、保炎器１４の下流側の燃焼室８内に予混合火炎１０５を形成する。
【００３６】
燃焼室８内で拡散火炎１０３および予混合火炎１０５により発生した高温の燃焼ガス１０６は、ガスタービン燃焼器２の下流に設置されたトランジションピース１５を通過してタービン３に流入する。燃焼ガス１０６はタービン３を駆動し、該タービン３に連結した発電機４を回転させて電力を取り出した後、タービン３から排気ダクトを通じて排出される。
【００３７】
ガスタービン燃焼器２に供給される燃料は、燃料母管１６から分岐した拡散燃焼バーナ用燃料系統１７および予混合燃料バーナ用燃料系統１８を通じてそれぞれ供給される。燃料母管１６、拡散燃焼バーナ用燃料系統１７および予混合燃焼バーナ用燃料系統１８にはそれぞれ遮断弁１９、制御弁２０が備えられており、拡散燃料バーナ用燃料系統１７と予混合燃焼バーナ用燃料系統１８に供給する燃料流量の割合を制御できる。
【００３８】
図２に本実施例のガスタービン燃焼器２におけるガスタービン負荷と、拡散燃焼バーナ用燃料系統１７に供給される拡散燃焼バーナ用燃料１７ａ及び予混合燃焼バーナ用燃料系統１８に供給される予混合燃焼バーナ用燃料１８ａの燃料流量の関係を示す。
【００３９】
図２に示したように、ガスタービン負荷の低い運転条件では、拡散燃焼バーナ用燃料系統１７に拡散燃焼バーナ用燃料１７ａを供給してガスタービン燃焼器２を拡散単独燃焼とすることで燃焼安定性を高めている。ガスタービン負荷の高い運転条件では、拡散燃料バーナ用燃料系統１７および予混合燃焼バーナ用燃料系統１８に拡散燃焼バーナ用燃料１７ａ及び予混合燃焼バーナ用燃料１８ａをそれぞれ供給し、拡散燃焼と予混合燃焼の混焼とすることでＮＯｘ排出量を低減している。
【００４０】
図３にガスタービンの負荷遮断時における本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置における拡散燃焼バーナ用燃料系統１７と予混合燃焼バーナ用燃料系統１８に供給される拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａ及び予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａと、ガスタービン回転数およびガスタービン燃焼器２で発生するＮＯｘ排出量の時間変化をそれぞれ示す。
【００４１】
図３にガスタービン回転数として示したように、ガスタービンの負荷遮断が起こるとガスタービンの回転数が上昇する。ガスタービンの回転数が上昇し過ぎると圧縮機１やタービン３を損傷する可能性があるため、ガスタービンの回転数は最高でも定格速度の１１０％程度までに抑えることが望ましい。このため、ガスタービンの負荷遮断信号を検知すると同時に、ガスタービン燃焼器２は火炎を維持できる最小限度までガスタービン燃焼器２に供給する燃料流量を減少させて、ガスタービンの回転数が上昇することを抑える必要がある。
【００４２】
そこで本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置においては、図３に拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａ及び予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａとして示したように、ガスタービンの負荷遮断の発生をガスタービンの負荷遮断信号によって検知すると、ガスタービン燃焼器２に供給する予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じた予混合燃焼バーナ用燃料１８ａの供給を遮断し、燃料を拡散燃焼バーナ用燃料系統１７を通じた拡散燃焼バーナ用燃料１７ａの供給のみにして拡散単独燃焼に切り替えることで、最小限度の燃料流量でもガスタービン燃焼器２の燃焼安定性を確保している。ガスタービン燃焼器２に供給する燃料流量を減少することで負荷遮断によって上昇したガスタービンの回転数は徐々に定格回転数まで減少していく。
【００４３】
本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置においては、図１に示したように、ガスタービンの回転数をガスタービンの回転数を検出する回転数検出器２００によって検出し、この回転数検出器２００で検出したガスタービンの回転数の検出信号を回転数記録装置２０１に送信して該回転数記録装置２０１によってガスタービンの回転数の情報を保存する。そして、回転数記録装置２０１に保存したガスタービンの回転数の情報は回転数トレンド演算装置２０２に送られ、この回転数トレンド演算装置２０２によってガスタービンの回転数の時間変化が算出される。
【００４４】
前記回転数トレンド演算装置２０２では、ガスタービンに負荷遮断が生じて負荷遮断直後に定格の回転数から上昇したガスタービンの回転数が、一旦上昇したガスタービン回転数から降下を始めたことを回転数記録装置２０１に記録されたスタービン回転数の値に基づいてガスタービン回転数の変化のトレンドを演算することで検知してガスタービン燃焼器２の燃焼形態の切り替えを判断する。
【００４５】
そして一旦上昇したガスタービン回転数が前記回転数トレンド演算装置２０２によって降下を始めたことを検知した場合に、該回転数トレンド演算装置２０２からガスタービン燃焼器２に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置２０３に指令信号を出力して、前記燃料制御装置２０３によってガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えを行うように構成している。
【００４６】
負荷遮断によって上昇したガスタービン回転数が降下を始めた際に回転数トレンド演算装置２０２でガスタービン回転数の効果を検知してガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替える指令信号を該回転数トレンド演算装置２０２から受けた燃料制御装置２０３では、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態が拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替わるように、ガスタービン燃焼器２の拡散燃焼バーナ９に拡散燃焼バーナ用燃料系統１７を通じて供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａを減少させ、予混合燃焼バーナ１０に予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給する予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａが増加するように制御する。
【００４７】
ガスタービンの負荷遮断によって定格の回転数から上昇したガスタービンの回転数が、この上昇したガスタービン回転数から降下を始めた状態では、負荷遮断にともなう過渡的な不安定状態がほぼ収束しており、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えてもガスタービン燃焼器２の燃焼安定性を維持することができる。
【００４８】
ガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えた後は、燃料流量を調整してガスタービンが無負荷定格速度運転となるように制御する。このような燃料制御を行うことにより、ガスタービン負荷遮断後の無負荷定格速度運転の状態でガスタービン燃焼器２から発生するＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００４９】
また、上記した本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では、ガスタービン燃焼器２の信頼性を向上させることができる。即ち、ガスタービン燃焼器２における拡散燃焼では、燃料と空気が量論混合比に近い混合状態で火炎が形成されるため、予混合燃焼と比較して局所的な火炎温度は高くなる。
【００５０】
このため、ガスタービン負荷遮断後の無負荷定格速度運転状態でガスタービン燃焼器２の拡散単独燃焼を継続した場合、ガスタービン燃焼器２の拡散バーナ９のメタル温度が上昇する可能性がある。
【００５１】
そこで、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置においては、ガスタービン負荷遮断後に定格から上昇したガスタービン回転数が降下を始めた際に、上記したように速やかにガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるため、燃焼によって発生する熱負荷を拡散燃焼バーナ９と予混合燃焼バーナ１０で分散することができる。
【００５２】
この結果、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置においては、スタービン負荷遮断後に定格から上昇したガスタービン回転数が降下を始めた際に、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えることによって、予混合燃焼バーナ１０の着火後には拡散燃焼バーナ９のメタル温度は低減し、無負荷定格速度運転状態においても拡散燃焼バーナ９のメタル温度を低く抑えることができるので、拡散燃焼バーナ９の信頼性を高めることができる。
【００５３】
尚、予混合燃焼バーナ１０の温度は拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えることで上昇するが、予混合燃焼バーナ１０に予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給される予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａは定格負荷条件と比べて十分少ないため、予混合燃焼バーナ１０のメタル温度は低くガスタービン燃焼器２の信頼性に問題はない。
【００５４】
本実施例によれば、ガスタービンの負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置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２】
【００５５】
次に本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図４及び図５を用いて説明する。本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器２の制御装置は、図１乃至図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分だけ以下に説明する。
【００５６】
図４は本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器２を備えた発電用のガスタービン装置の全体図を示しており、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では第１実施例のガスタービン燃焼器２の構成に加えて、設定された切替回転数とガスタービンの回転数を記録する記録装置２０１の情報を比較する回転数比較演算装置２０４と、回転数トレンド演算装置２０２および回転数比較演算装置２０４の信号を判定する論理回路２０５を設けた構成となっている。
【００５７】
第１実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置による燃料の制御方法では、ガスタービンの負荷遮断時の回転数の上昇幅が高い場合において、ガスタービンの回転数が高くガスタービン燃焼器２に流入する圧縮空気１００や予混合燃焼空気１０４の空気流量が多い条件でガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えることになる。このため、ガスタービン燃焼器２の燃焼室８に形成される予混合火炎１０５の着火時において、過渡的に予混合火炎１０５が不安定になり喪失する可能性があった。
【００５８】
そこで、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置においては、拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替える切替回転数と、記録装置２０１に記録したガスタービンの回転数の情報を比較する回転数比較演算装置２０４と、回転数トレンド演算装置２０２および回転数比較演算装置２０４の信号を判定する論理回路２０５を設けた構成となっている。
【００５９】
図５に本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置におけるガスタービン負荷遮断時の拡散燃焼バーナ用燃料系統１７と予混合燃焼バーナ用燃料系統１８に供給される拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａ及び予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａ、ガスタービン回転数およびガスタービン燃焼器２で発生するＮＯｘ排出量の時間変化を示す。
【００６０】
図５において、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では、回転数比較演算装置２０４は設定された切替回転数φpと記録装置２０１の回転数の情報を比較し、負荷遮断後に上昇したガスタービンの回転数が切替回転数φp以下に降下した場合に論理回路２０５に信号を送信する。
【００６１】
切替回転数φpは、定格回転数以上から定格回転数の１１０％以下の範囲であって、かつ、スタービン燃焼器２の燃焼形態が拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えてもガスタービン燃焼器２の燃焼室８に形成される予混合火炎１０５が安定燃焼するガスタービンの回転数を設定することが望ましい。
【００６２】
論理回路２０５は回転数トレンド演算装置２０２と回転数比較演算装置２０４から出力された信号を判定し、負荷遮断によって一旦上昇したガスタービンの回転数が降下を始めいる場合の回転数トレンド演算装置２０２からの出力信号と、回転数比較演算装置２０４から出力される切替回転数φp以下のガスタービンの回転数の信号との双方の出力信号を受けた場合にのみ、前記論理回路２０５から燃料制御装置２０３に操作信号を送信する。
【００６３】
燃料制御装置２０３では論理回路２０５からの操作信号を受けて、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態が拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替わるように、拡散燃焼バーナ用燃料系統１７を通じて供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａを減少させ、予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給する予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａが増加するように制御する。
【００６４】
上記のように本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置を構成とすることで、ガスタービン負荷遮断時のガスタービン回転数の上昇幅が高い場合においては、ガスタービンの回転数が切替回転数φpまで降下してからガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるため、ガスタービン燃焼器２の燃焼室８に形成される予混合火炎１０５を安定に着火させることができ、予混合火炎１０５が喪失することを抑制できる。
【００６５】
本実施例によれば、ガスタービンの負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置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】
【００６６】
次に本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図６乃至図７を用いて説明する。本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器２の制御装置は、図１乃至図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分だけ以下に説明する。
【００６７】
図６は本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器２を備えた発電用のガスタービン装置の全体図を示しており、本実施例のガスタービン燃焼器２では  第１実施例のガスタービン燃焼器２の構成に加えて、ガスタービンの回転数を記録する記録装置２０１の情報からガスタービンの負荷遮断後にガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるガスタービンの回転数を算出する切替回転数演算装置２０６を設けた構成となっている。
【００６８】
図７に本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置におけるガスタービン負荷遮断時の拡散燃焼バーナ用燃料系統１７と予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給される拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａ及び予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａと、ガスタービン回転数およびガスタービン燃焼器２で発生するＮＯｘ排出量の時間変化を示す。
【００６９】
図７に示したように、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では、ガスタービンの負荷遮断にともない定格から上昇したガスタービンの回転数は、ガスタービン燃焼器２に供給する燃料流量を減少することで降下を始める。
【００７０】
そこで、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では、回転数トレンド演算装置２０２により、ガスタービンの負荷遮断後直後に上昇したガスタービンの回転数が定格から降下を始めたことを検出したら、この回転数トレンド演算装置２０２から切替回転数演算装置２０６に信号を送信する。
【００７１】
回転数トレンド演算装置２０２からガスタービンの回転数が降下を始めたことを検出する信号を受けた切替回転数演算装置２０６では、内蔵する演算器によって回転数記録装置２０１に記録されたガスタービンの最大回転数φmaxから下記した（１）式及び（２）式に基づいて燃料制御切替回転数φcを算出する。
【００７２】
本実施例の切替回転数演算装置２０６に内蔵する演算器では、燃料制御切替回転数φｃは以下の式（１）で計算される。
【００７３】
φｃ=φfs ＋α×（φmax−φfs）・・・・・（１）
式（１）において，φmaxは負荷遮断後の最大回転数、φfsは定格回転数である。αは定数であり、式（２）に示す範囲の値とする。
【００７４】
０≦α＜１・・・・・（２）
切替回転数演算装置２０６は、内蔵する演算器によって（１）式及び（２）式に基づいて演算した燃料制御切替回転数φｃを燃料制御装置２０３に切替回転数φcの情報として送信する。
【００７５】
切替回転数演算装置２０６から情報を受けた燃料制御装置２０３では、切替回転数φcにおいてガスタービン燃焼器２の燃焼形態が燃焼形態が拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えが完了するように、図７に示す如く、ガスタービンの回転数の減少にあわせて、ガスタービン燃焼器２の拡散燃焼バーナ用燃料系統１７を通じて供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａを減少させ、ガスタービン燃焼器２の予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給する予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａが増加するように制御する。
【００７６】
本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では、拡散燃焼バーナ用燃料系統１７に供給される拡散燃焼バーナ用燃料の燃料流量比率Ｆdおよび予混合燃焼バーナ用燃料系統１８に供給される拡散燃焼バーナ用燃料の燃料流量比率Ｆpは、最大回転数φmax、燃料制御切替回転数φc、回転数検出器２００で検出する回転数φおよび切り替え後の拡散燃焼バーナ用燃料の燃料流量比率Ｆd1を用いて以下の式（３）、（４）、（５）で計算される。
・拡散燃焼バーナ用燃料の燃料流量比率：Ｆｄ（％）  （φc＜φ≦φmax）
Ｆd＝（φ−φc）/（φmax−φc）×（１００−Ｆd1）＋Ｆd1・・・・・（３）
・拡散燃焼バーナ用燃料の燃料流量比率：Ｆｄ（％）  （φfs≦φ≦φc）
Ｆd＝Ｆd1・・・・・・（４）
・予混合燃焼バーナ用燃料の燃料流量比率：Ｆp（％）
Ｆp＝１００−Ｆd・・・・・（５）
式（３）、（４）、（５）に示すガスタービン回転数と前記拡散燃焼バーナ用燃料、予混合燃焼バーナ用燃料の燃料流量比率の関係を図８に示す。
【００７７】
本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置をこのように構成とすることで、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替える時の信頼性を向上することができる。
【００７８】
ガスタービン燃焼器２の燃焼形態の切り替え時において、ガスタービン燃焼器２の予混合バーナ１０に予混合燃焼バーナ用燃料を供給する予混合燃焼バーナ用燃料系統１８の制御弁２０を開く動作に対して、拡散燃焼バーナ９に拡散燃焼バーナ用燃料を供給する拡散燃焼バーナ用燃料系統１７の制御弁２０を閉める動作が速い場合、切り替え時のガスタービンの回転数における圧縮空気１００の流量に対して過渡的に予混合燃焼の比率が高くなり、ガスタービン燃焼器２の燃焼室８に形成される予混合火炎１０５が不安定になり喪失する可能性がある。
【００７９】
そこで本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置においては、上記した構成を採用することによって、ガスタービンの回転数にあわせてガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えるため、ガスタービンの回転数が高い場合には安定性の高い拡散燃焼の比率が高くなって火炎の安定性を確保し、ガスタービンの回転数が降下した場合には予混合燃焼の比率が高くなることでガスタービン燃焼器２で発生するＮＯｘ排出量を低減できる。
【００８０】
本実施例によれば、ガスタービンの負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置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４】
【００８１】
次に本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図９及び図１０を用いて説明する。本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器２の制御装置は、図１乃至図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分だけ以下に説明する。
【００８２】
図９は本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器２を備えた発電用のガスタービン装置の全体図を示しており、本実施例のガスタービン燃焼器２では  第１実施例のガスタービン燃焼器２の構成に加えて、圧縮機１に設けた抽気弁２１の開閉を検知する抽気弁開閉検出器２０７と、この抽気弁開閉検出器２０７及びガスタービンの回転数検出器２００からそれぞれ検出した抽気弁開閉信号及びガスタービン回転数の検出信号を判定する論理回路２０８を設けた構成となっている。
【００８３】
圧縮機１に設けた抽気弁２１は圧縮機１の中間段と排気ダクトをつなぐ流路の途中に設置しており、抽気弁２１を開いて圧縮機１で圧縮した圧縮空気１００の一部を排気ダクトに逃がすことで、ガスタービンの起動、昇速過程において圧縮機１にサージが発生することを防止している。
【００８４】
抽気弁２１の動作は、ガスタービンの起動、昇速過程では抽気弁２１を全開にし、ガスタービンの回転数が一定以上においては抽気弁２１を全閉としている。抽気弁２１を全閉とすることで、ガスタービン燃焼器２に流入する圧縮空気１００の流量は増加する。
【００８５】
次に、ガスタービンの負荷遮断時の抽気弁２１の動きについて図１０を用いて説明する。図１０にガスタービンの回転数と、抽気弁２１の開度２１ａと、圧縮機１の圧縮空気流量１００ａをそれぞれ示したように、ガスタービンの負荷遮断時においては、タービン３に流入する圧縮空気１００の流量を減らしてガスタービンの回転数上昇を抑制するため、負荷遮断と同時に抽気弁２１の開度２１ａは全開となるように制御される。
【００８６】
その後、ガスタービンの回転数が降下を始めたら、抽気弁２１の開度２１ａを全閉に操作する。この時、抽気弁２１の開度２１ａの全閉動作にともなって、ガスタービン燃焼器２に流入する圧縮空気１００の流量１００ａが増加するため、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態が拡散燃焼と予混合燃焼の混焼であった場合、予混合燃焼バーナ１０下流において燃料と空気の混合比が低下してガスタービン燃焼器２の燃焼室８に形成される予混合火炎１０５が不安定になり喪失する可能性がある。
【００８７】
そのため、抽気弁２１の開度２１ａが全閉動作を終了するまではガスタービン燃焼器２は安定性の高い拡散単独燃焼であることが望ましい。
【００８８】
そこで、図９に示した本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では、抽気弁開閉検出器２０７及びガスタービンの回転数検出器２００と、ガスタービンの回転数の情報を保存する記録装置２０１に保存されたガスタービンの回転数の情報からガスタービンの回転数の時間変化を回転数トレンド演算装置２０２によって演算し、論理回路８によって抽気弁開閉検出器２０７で検出した抽気弁２１の開閉信号と、回転数トレンド演算装置２０２で演算したガスタービンの回転数の時間変化の信号をチェックする。
【００８９】
前記論理回路２０８では、ガスタービンの負荷遮断後に抽気弁２１が全閉であって、かつ、ガスタービンの回転数が降下を始めているという条件が成立した場合に、この論理回路２０８から燃料制御装置２０１に指令信号を出力する。
【００９０】
燃料制御装置２０１では論理回路２０３からの指令信号を受けて、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態が拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替わるように、ガスタービン燃焼器２の拡散燃焼バーナ９に拡散燃焼バーナ用燃料系統１７を通じて供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａを減少し、予混合燃焼バーナ１０に予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給する予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａが増加するように制御する。
【００９１】
上記のように本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置を構成することで、圧縮機１に設けた抽気弁２１の全閉動作が完了してから、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えることができる。これにより、抽気弁２１の全閉動作によってガスタービン燃焼器２の燃焼室８に形成される予混合火炎１０５が不安定になり喪失することを抑制することができる。
【００９２】
本実施例によれば、ガスタービンの負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置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５】
【００９３】
次に本発明の第５実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図１１を用いて説明する。本発明の第５実施例であるガスタービン燃焼器２の制御装置は、図１乃至図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分だけ以下に説明する。
【００９４】
図１１に本発明の第５実施例におけるガスタービン燃焼器を備えたガスタービンの全体図を示しており、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置では  第１実施例のガスタービン燃焼器２で設けているガスタービンの回転数検出器２００の替わりに、ガスタービンの負荷遮断から所定の時間後に燃料制御装置２０３に信号を送信するタイマー回路２０９を設けた構成となっている。
【００９５】
本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置によれば、ガスタービンの負荷遮断の信号を受けたタイマー回路２０９は、負荷遮断から予め設定した所定の時間後に燃料制御装置２０３に信号を送信する。
【００９６】
即ち、タイマー回路２０９では、ガスタービンの負荷遮断によって一旦上昇したガスタービンの回転数がガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えても問題のない程度に降下する時間を予め設定し、負荷遮断から設定した前記時間が経過後に信号を出力するように構成しておく。
【００９７】
そして前記タイマー回路２０９から出力信号を受けた燃料制御装置２０３では、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態が拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替わるように、ガスタービン燃焼器２の拡散燃焼バーナ９に拡散燃焼バーナ用燃料系統１７を通じて供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａを減少し、予混合燃焼バーナ１０に予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給する予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａが増加するように制御する。
【００９８】
タイマー回路２０９に設定する信号の遅れ時間としては、ガスタービンの負荷遮断により定格から上昇したガスタービンの回転数が再び定格回転数まで降下するのに十分な時間であって、かつ、ガスタービン燃焼器２の拡散単独燃焼におけるＮＯｘ排出量を低減するできるだけ短い時間であることが望ましく、具体的には３０秒程度であることが望ましい。
【００９９】
上記した本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置を構成とすることで、前記実施例１のガスタービン燃焼器２と同等の効果を簡易なタイマー回路２０９で再現することができ、制御ロジックを簡略化して制御装置のコストを低減することが可能となる。
【０１００】
本実施例によれば、ガスタービンの負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置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６】
【０１０１】
次に本発明の第６実施例であるガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法について図１２及び図１３を用いて説明する。本発明の第６実施例であるガスタービン燃焼器２の制御装置は、図１乃至図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分だけ以下に説明する。
【０１０２】
図１２は本発明の第６実施例であるガスタービン燃焼器２を備えた発電用のガスタービン装置の全体図を示しており、本実施例では上記した構成のガスタービン燃焼器２の制御装置を２軸型のガスタービン装置に適用した場合の実施例を示している。
【０１０３】
２軸型のガスタービン装置は、図１２に示すように、圧縮機１と高圧タービン２２を連結する軸と、発電機４低圧タービン２３とを連結する軸が別体の２軸で構成された２軸型のガスタービンとなっている。
【０１０４】
本実施例のガスタービン燃焼器２では、ガスタービンの回転数を検出する検出器２００を低圧タービン２３に備えている。
【０１０５】
図１３に本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置におけるガスタービン負荷遮断時の拡散燃焼バーナ用燃料系統１７と予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給される拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａ及び予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａの時間変化と、低圧タービン２３のタービン回転数２３ａ、及び高圧タービン２２のタービン回転数２２ａの時間変化を示す。
【０１０６】
図１３に示したように、ガスタービンの負荷遮断にともない、発電機４に接続されている低圧タービン２３のタービン回転数２３ａは上昇するため、低圧タービン２３の回転数上昇を抑制するためにガスタービン燃焼器２に供給する燃料流量を低減し、拡散単独燃焼に切り替える。
【０１０７】
ガスタービン燃焼器２に供給する燃料流量を減少することで低圧タービン２３の回転数２３ａは徐々に定格回転数まで減少していく。
【０１０８】
回転数検出器２００で検出した低圧タービン２３のタービン回転数の検出信号を記録装置２０１に送信し、記録装置２０１にて低圧タービン２３の回転数の情報を保存する。記録装置２０１に保存した低圧タービンの回転数の情報から回転数トレンド演算装置２０２にて低圧タービンの回転数の時間変化を算出する。
【０１０９】
演算装置２０２によってガスタービンの負荷遮断直後に上昇した回転数が燃料流量を減少することで降下を始めたことを検知した場合に、この回転数トレンド演算装置２０２から燃料制御装置２０３に信号を送信する。回転数トレンド演算装置２０２から送信された信号を受けた燃料制御装置２０３では、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態が拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替わるように、ガスタービン燃焼器２の拡散燃焼バーナ９に拡散燃焼バーナ用燃料系統１７を通じて供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａを減少させ、予混合燃焼バーナ１０に予混合燃焼バーナ用燃料系統１８を通じて供給する予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａを増加するように制御する。
【０１１０】
高圧タービン２２は圧縮機１を駆動する仕事をしているため、ガスタービンの負荷遮断後に燃料流量を低減することで、徐々に回転数が低下していく。そこで、低圧タービン２３の回転数２３ａが一旦上昇した後に降下を始めて定格回転数に近づいたところで、ガスタービン燃焼器２の燃焼形態を拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に切り替えて、拡散燃焼バーナ用燃料系統１７および予混合燃焼バーナ用燃料系統１８に供給する拡散燃焼バーナ用燃料流量１７ａ、及び予混合燃焼バーナ用燃料流量１８ａを増加させて高圧タービン２２の回転数２２ａを定格回転数まで再上昇させるように前記燃料制御装置２０３によって燃料流量を制御する。
【０１１１】
本実施例のようにガスタービン燃焼器２の制御装置を構成することで、２軸型のガスタービン装置においてもガスタービンの負荷遮断後に拡散単独燃焼から拡散燃焼と予混合燃焼の混焼に速やかに切り替えることができ、無負荷定格速度運転状態でのＮＯｘ排出量を低減することができる。
【０１１２】
本実施例によれば、ガスタービンの負荷遮断直後の燃焼安定性を確保すると共に、負荷遮断後の無負荷定格速度運転によるＮＯｘ排出量を低減することが可能なガスタービン燃焼器の制御装置及びガスタービン燃焼器の制御方法が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明はガスタービン燃焼器に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１：圧縮機、２：燃焼器、３：タービン、４：発電機、５：ディフューザー、６：外筒、７：燃焼器ライナ、８：燃焼室、９：拡散燃焼バーナ、１０：予混合燃焼バーナ、１１：拡散燃焼バーナ用燃料ノズル、１２：旋回器、１３：予混合燃焼バーナ用燃料ノズル、１４：保炎器、１５：トランジションピース、１６：燃料母管、１７：拡散燃焼バーナ用燃料系統、１８：予混合燃焼バーナ用燃料系統、１９：遮断弁、２０：制御弁、２１：抽気弁、２２：高圧タービン、２３：低圧タービン、１００：圧縮空気、１０１：冷却空気、１０２：拡散燃焼空気、１０３：拡散火炎、１０４：予混合燃焼空気、１０５：予混合火炎、１０６：燃焼ガス、２００：回転数検出器、２０１：回転数記録装置、２０２：回転数トレンド演算装置、２０３：燃料制御装置、２０４：回転数比較演算装置、２０５：論理回路（実施例２）、２０６：切替回転数演算装置、２０７：抽気弁開閉検出器、２０８：論理回路（実施例４）、２０９：タイマー回路。
【図１】
0005356340.tif 000002
【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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