(57)【要約】  【課題】  本発明は、燃焼器を冷却する冷却流体の温度変化を検出することで、正確に逆火を検出することのできる逆火検出装置を提供することを目的とする。  【解決手段】  燃焼器２−１〜２−８のいずれか１つの燃焼器２−ｘにおいて、温度計測部１３で測定された冷却蒸気温度が所定時間前よりも所定温度以上高くなっていることが確認され、この燃焼器２−ｘの両隣となる燃焼器２−ｙ，２−ｚにおいて、温度計測部１３で測定された冷却蒸気温度が所定時間前よりも所定温度以上低くなっていることが確認されると、燃焼器２−ｘで逆火が発生したことが検出される。【選択図】      図３
2007016708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料を燃焼して得られる燃焼ガスを噴出する燃焼器で発生する逆火を検出する逆火検出装置において、
前記燃焼器を構成する筺体を循環して冷却する冷却用流体の温度を測定する温度測定器と、
該温度測定器で測定された前記冷却用流体の温度に基づいて、前記燃焼器での逆火の発生を検出する逆火検出部と、
を備えることを特徴とする逆火検出装置。
【請求項２】
前記逆火検出部において、前記温度測定器で測定された前記冷却用流体の温度が第１所定値以上高くなったことを確認したときに、逆火の発生を検出することを特徴とする請求項１に記載の逆火検出装置。
【請求項３】
複数の前記燃焼器が円周上に等間隔で配置されるとともに、複数の前記燃焼器それぞれに前記温度測定器を設置し、
前記逆火検出部において、前記冷却用流体の温度が第１所定値以上高くなったことが確認された第１燃焼器の両隣に配置された第２燃焼器における前記冷却用流体の温度が第２所定値以上低くなったことが、前記第２燃焼器の温度測定部の測定結果より確認されると、前記第１燃焼器における逆火の発生を検出することを特徴とする請求項２に記載の逆火検出装置。
【請求項４】
前記逆火検出部において、前記温度測定器で現在測定した前記冷却用流体の第１温度と、現時点から第１所定時間前に前記温度測定器で測定した前記冷却用流体の第２温度とを比較することにより、前記逆火の発生の検出動作を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の逆火検出装置。
【請求項５】
前記逆火検出部において、前記冷却用流体の前記第１温度と前記第２温度との関係が逆火の発生条件となる関係のまま、第２所定時間の間連続して確認されたときに、前記逆火の発生を検出することを特徴とする請求項４に記載の逆火検出装置。
【請求項６】
前記温度測定器が、前記燃焼器の冷却動作を終了して排出される前記冷却用流体の温度を測定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の逆火検出装置。
【請求項７】
前記冷却用流体が冷却用蒸気であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の逆火検出装置。
【請求項８】
前記燃焼器が、拡散燃焼を行うパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に配置されるとともに予混合燃焼を行うメインノズルと、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の逆火検出装置。
【請求項９】
供給された燃料を燃焼して得られる燃焼ガスを噴出する燃焼器で発生する逆火を検出する逆火検出方法において、
前記燃焼器を構成する筺体を循環して冷却する冷却用流体の温度を測定し、
測定された前記冷却用流体の温度に基づいて、前記燃焼器での逆火の発生を検出することを特徴とする逆火検出方法。
【請求項１０】
前記温度測定器で測定された前記冷却用流体の温度が第１所定値以上高くなったことを確認したときに、逆火の発生を検出することを特徴とする請求項９に記載の逆火検出方法。
【請求項１１】
複数の前記燃焼器が円周上に等間隔で配置され、
前記冷却用流体の温度が第１所定値以上高くなったことが確認された第１燃焼器の両隣に配置された第２燃焼器における前記冷却用流体の温度が第２所定値以上低くなったことが確認されると、前記第１燃焼器における逆火の発生を検出することを特徴とする請求項１０に記載の逆火検出方法。
【請求項１２】
現在測定した前記冷却用流体の第１温度と、現時点から第１所定時間前に測定した前記冷却用流体の第２温度とを比較することにより、前記逆火の発生の検出動作を行うことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の逆火検出方法。
【請求項１３】
前記冷却用流体の前記第１温度と前記第２温度との関係が逆火の発生条件となる関係のまま、第２所定時間の間連続して確認されたときに、前記逆火の発生を検出することを特徴とする請求項１２に記載の逆火検出方法。
【請求項１４】
外部からの空気を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機からの圧縮空気によって燃料を燃焼する複数の燃焼器と、
該燃焼器からの燃焼ガスによって回転する前記圧縮機と同軸のタービンと、
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の逆火検出装置と、
を備え、
前記逆火検出装置において、前記複数の燃焼器それぞれを冷却する冷却用流体の温度が検出され、検出された該冷却用流体の温度に基づいて逆火の発生が検出されることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器の燃焼時に発生する逆火を検出する逆火検出装置及び逆火検出方法に関するもので、特に、冷却用の流体によって冷却される燃焼器における逆火を検出する逆火検出装置及び逆火検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図５に示す。
【０００４】
図５の燃焼器は、パイロット燃料と燃焼用空気とが反応して拡散火炎を形成するコーンを備えたパイロットノズル１０１の周囲に、メイン燃料と燃焼用空気との予混合気体を形成し噴出して予混合火炎を形成するメインノズル１０２を複数配置される。そして、パイロットノズル１０１及びメインノズル１０２が挿入される内筒１０３と、この内筒１０３が挿入されるとともに燃焼ガスを排出する尾筒１０４とによって構成される。このように、メインノズル１０２を備えることで、予混合気体を燃焼することで燃焼温度を制御して、尾筒１０４から排出する燃焼ガスを高温化する。この燃焼ガスの高温化に対して、本出願人は、冷却蒸気によって尾筒を冷却する冷却構造を備えた燃焼器を提供している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６３０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、予混合気体を燃焼させる予混合燃焼は、安定燃焼範囲が狭く、予混合気体の流量の増減による流速変化や燃空比の変動によって、予混合火炎が形成される位置が上流側に移動して、逆火現象が起こる。この逆火を検出するために、燃焼器の出口温度を検出することで逆火を検出する逆火検出センサなどがあるが、排出する燃焼ガスが高温化されているため、逆火検出センサの設置可能な位置が限定される。又、限定された位置に逆火検出センサとなる各センサを設置したとしても、直接逆火を検出するものでないため、正確に検出することは困難である。
【０００６】
このような問題を鑑みて、本発明は、燃焼器を冷却する冷却流体の温度変化を検出することで、正確に逆火を検出することのできる逆火検出装置を提供することを目的とする。
【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、本発明の逆火検出装置は、供給された燃料を燃焼して得られる燃焼ガスを噴出する燃焼器で発生する逆火を検出する逆火検出装置において、前記燃焼器を構成する筺体を循環して冷却する冷却用流体の温度を測定する温度測定器と、該温度測定器で測定された前記冷却用流体の温度に基づいて、前記燃焼器での逆火の発生を検出する逆火検出部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような逆火検出装置において、前記逆火検出部で、前記温度測定器で測定された前記冷却用流体の温度が第１所定値以上高くなったことを確認したときに、逆火の発生を検出する。更に、複数の前記燃焼器が円周上に等間隔で配置されるとともに、複数の前記燃焼器それぞれに前記温度測定器を設置するとき、前記冷却用流体の温度が第１所定値以上高くなったことが確認された第１燃焼器の両隣に配置された第２燃焼器における前記冷却用流体の温度が第２所定値以上低くなったことが、前記第２燃焼器の温度測定部の測定結果より確認されると、前記第１燃焼器における逆火の発生を検出する。
【０００９】
又、このとき、前記温度測定器で現在測定した前記冷却用流体の第１温度と、現時点から第１所定時間前に前記温度測定器で測定した前記冷却用流体の第２温度とを比較することにより、前記逆火の発生の検出動作を行うものとしても構わない。更に、前記冷却用流体の前記第１温度と前記第２温度との関係が逆火の発生条件となる関係のまま、第２所定時間の間連続して確認されたときに、前記逆火の発生を検出するものとしても構わない。
【００１０】
又、前記温度測定器が、前記燃焼器の冷却動作を終了して排出される前記冷却用流体の温度を測定するものとしても構わないし、前記冷却用流体が冷却用蒸気であるものとしても構わない。
【００１１】
又、前記燃焼器が、拡散燃焼を行うパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に配置されるとともに予混合燃焼を行うメインノズルと、を備える。
【００１２】
又、本発明の逆火検出方法は、供給された燃料を燃焼して得られる燃焼ガスを噴出する燃焼器で発生する逆火を検出する逆火検出方法において、前記燃焼器を構成する筺体を循環して冷却する冷却用流体の温度を測定し、測定された前記冷却用流体の温度に基づいて、前記燃焼器での逆火の発生を検出することを特徴とする。
【００１３】
又、本発明のガスタービンは、外部からの空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空気によって燃料を燃焼する複数の燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって回転する前記圧縮機と同軸のタービンと、上述のいずれかの逆火検出装置と、を備え、前記逆火検出装置において、前記複数の燃焼器それぞれを冷却する冷却用流体の温度が検出され、検出された該冷却用流体の温度に基づいて逆火の発生が検出されることを特徴とする
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、冷却用流体の温度に基づいて逆火検出を行うため、燃焼ガスの温度を直接検出する場合に比べて、温度検出器の設置位置における温度雰囲気を低くすることができる。そのため、燃焼器からの燃焼ガスの高温化に対応した逆火検出を正確に行うことができる。又、この冷却用流体の温度変化を隣接する燃焼器とともに確認することにより、逆火検出をより正確なものとすることができる。更に、逆火が発生したと仮定される変化状態が所定時間連続して確認されたときに、逆火の発生を検出するものとすることにより、この逆火検出動作をより正確なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、以下に図面を参照して説明する。図１は、ガスタービンの構成を示すブロック図である。図２は、図１のガスタービンにおける燃焼器の冷却構造と逆火検出装置との概略的な関係を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すガスタービンは、外部から供給される空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１からの圧縮空気によって燃料を燃焼し燃焼ガスを噴出する燃焼器２と、燃焼器２からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン３と、を備える。このガスタービンにおいて、圧縮機１とタービン３とが同軸に接続され、タービン３の回転により圧縮機１が回転し、空気の圧縮を行う。又、発電機４がタービン３と同軸で接続されることで、タービン３の回転により発電機４が発電動作を行う。
【００１７】
このような構成ガスタービンにおいて、燃焼器２は、図１では、１台しか図示していないが、圧縮機１及びタービン３を接続する軸の周方向に等間隔となるように、複数台配置される。そして、この燃焼器２は、従来と同様、図５のように、パイロットノズル１０１及びメインノズル１０２それぞれによって拡散燃焼及び予混合燃焼が行われるものであるとともに、パイロットノズル１０１及びメインノズル１０２が挿入された内筒１０３が尾筒１０４に挿入されることで構成される。又、燃焼器２の尾筒１０４は、冷却用流体となる水蒸気（冷却蒸気）が壁面を循環するように流れることによって冷却される。
【００１８】
この冷却蒸気が尾筒１０４の壁面を流れることで燃焼器２の冷却を行う冷却構造に、熱電対などの温度計測器を設置することによって逆火検出を行うことができる。このとき、図２に示すように、冷却蒸気供給路１１から冷却蒸気が燃焼器２に供給され、燃焼器２の尾筒１０４の壁面を循環して燃焼器２の冷却を行った後、冷却蒸気回収路１２より回収される。そして、冷却蒸気回収路１２によって回収される冷却蒸気の温度を測定する温度計測器１３を冷却蒸気回収路１２に設置する。この温度計測器１３で測定された各燃焼器２の冷却蒸気の温度を示す計測信号が逆火検出部１４に与えられ、逆火検出部１４において、各燃焼器２の冷却蒸気の温度変化を確認することで、逆火の発生している燃焼器２を検出する。
【００１９】
図２のように構成されるとき、図３のように、複数の燃焼器２−１〜２−８それぞれに設置された温度計測器１３と逆火検出部１４とによって、逆火検出装置が構成されることとなる。尚、図３の例では、８台の燃焼器２−１〜２−８がガスタービンに設置されるものとする。又、逆火検出装置における逆火検出部１４には、タービン３の回転速度を示す信号と発電機４からの出力を示す信号とが与えられる。
【００２０】
この逆火検出部１４は、燃焼器２−１〜２−８それぞれの温度計測部１３からの信号及びガスタービン３の回転速度や発電機４の出力を示す信号が入力されるとともに逆火の検出を行う制御部１４１と、燃焼器２−１〜２−８それぞれの温度計測部１３からの信号を取得する時間を計測するタイマ１４２と、燃焼器２−１〜２−８それぞれの状態が所定の状態で継続した時間を計測するタイマ１４３と、燃焼器２−１〜２−８それぞれの温度計測部１３からの計測値を記憶するメモリ１４４と、を備える。このような逆火検出装置の動作について、図面を参照して以下に説明する。尚、図４は、逆火検出装置の動作を示すフローチャートである。
【００２１】
ガスタービンのタービン３が回転駆動されると、逆火検出部１４の制御部１４１において、タービン３の回転速度が確認され、所定回転速度ｆ以上となったか否かが確認される（ＳＴＥＰ１）。即ち、タービン３の回転速度が昇速域にあるのかを確認することで、定格回転速度域に達しているか否かが確認される。そして、所定回転速度ｆ以上となるまで、ＳＴＥＰ１の確認動作が行われ、所定回転速度ｆとなったことを確認すると（Ｙｅｓ）、燃焼器２−１〜２−８それぞれにおいて冷却蒸気回収路１２より回収される冷却蒸気の温度が温度計測器１３で計測される（ＳＴＥＰ２）。このとき、燃焼器２−１〜２−８それぞれの温度計測器１３で得られた計測値ｔｘが逆火検出部１４の制御部１４１に与えられ、逆火検出部１４内にログ値としてメモリ１４４に記憶される。
【００２２】
その後、逆火検出部１４において、燃焼器２−１〜２−８それぞれの温度計測器１３での計測値を取得する時間を計時するためのタイマ１４２を初期化した後（ＳＴＥＰ３）、発電機４からの出力値が所定出力Ｘ（例えば、７０ＭＷ）以上であるか否かを制御部１４１で確認する（ＳＴＥＰ４）。尚、この所定出力Ｘは、逆火が発生する可能性のある最低出力に設定される。そして、発電機４からの出力値が所定出力Ｘ以上であることが確認されると（Ｙｅｓ）、燃焼器２−１〜２−８それぞれについて時間Ｔ１（例えば、３０秒）だけ前に記憶された温度計測器１３による計測ログ値ｔｙが、メモリ１４４内に存在するか否かが確認される（ＳＴＥＰ５）。この燃焼器２−１〜２−８それぞれに対する計測ログ値ｔｙがメモリ１４４に記憶されているとき（Ｙｅｓ）、燃焼器２−１〜２−８それぞれに対して、メモリ１４４より読み出された計測ログ値ｔｙとＳＴＥＰ２で現在計測されて得られた温度計測器１３による計測値ｔｘとの差（ｔｘ−ｔｙ）が制御部１４１で求められる（ＳＴＥＰ６）。
【００２３】
そして、燃焼器２−１〜２−８それぞれについて求められた計測値の差（ｔｘ−ｔｙ）が、所定値ｔｈ１（例えば、４℃）以上であるか否かが制御部１４１で確認される（ＳＴＥＰ７）。このとき、計測値の差（ｔｘ−ｔｙ）がｔｈ１以上となる燃焼器２−ｘ（燃焼器２−１〜２−８のいずれかを表す）を確認すると、ガスタービンの軸の周方向に対して燃焼器２−ｘの両方に隣接した２つの燃焼器２−ｙ（燃焼器２−ｘ以外の燃焼器２−１〜２−８のいずれかを表す），２−ｚ（燃焼器２−ｘ，２−ｙ以外の燃焼器２−１〜２−８のいずれかを表す）における計測値の差（ｔｘ−ｔｙ）がｔｈ２（例えば、−１℃）以下であるか否かが制御部１４１で確認される（ＳＴＥＰ８）。
【００２４】
更に、ＳＴＥＰ８において、燃焼器２−ｘの両隣となる燃焼器２−ｙ，２−ｚにおける計測値の差（ｔｘ−ｔｙ）がｔｈ２以下であることが確認されると（Ｙｅｓ）、燃焼器２−ｘの温度計測部１３による計測温度が３０秒前よりもｔｈ１以上高く、燃焼器２−ｙ，２−ｚの温度計測部１３による計測温度が３０秒前よりもｔｈ２以上低い状態が継続した時間を測定するタイマ１４３による計時動作が開始しているか否かが、制御部１４１によって確認される（ＳＴＥＰ９）。このとき、タイマ１４３による計時動作が行われていないことが確認されると（Ｎｏ）、タイマ１４３による計時動作を開始する（ＳＴＥＰ１０）。
【００２５】
そして、ＳＴＥＰ９において、タイマ１４３による計時動作が確認されたとき（Ｙｅｓ）、又は、ＳＴＥＰ１０において、タイマ１４３による計時動作が開始したとき、タイマ１４３の計時された時間が所定時間Ｔ２（例えば、８秒）経過したか否かが制御部１４１で確認される（ＳＴＥＰ１１）。即ち、燃焼器２−ｘの温度計測部１３による計測温度が所定時間Ｔ１前の温度よりもｔｈ１以上高く、燃焼器２−ｙ，２−ｚの温度計測部１３による計測温度が所定時間Ｔ１前の温度よりもｔｈ２以上低い状態が、所定時間Ｔ２だけ持続されたか否かが確認される。
【００２６】
このとき、タイマ１４３により所定時間Ｔ２が経過したことが確認されると（Ｙｅｓ）、燃焼器２−ｘにおいて逆火が発生されたことが逆火検出部１４において検出される（ＳＴＥＰ１２）。このようにして、逆火が発生したことが検出されると、逆火検出部１４によって、逆火が発生したことを示す警報を発令するか、又は、燃焼器２の燃料を変化させることで、タービン３を自動的に負荷降下又は停止させる。
【００２７】
又、ＳＴＥＰ４において、発電機４の出力値が所定出力Ｘに達していないとき（Ｎｏ）、又は、ＳＴＥＰ５において、時間Ｔ１だけ前の計測ログ値ｔｙが逆火検出部１４に記憶されていないとき（Ｎｏ）、又は、ＳＴＥＰ７において、計測値の差（ｔｘ−ｔｙ）が所定値ｔｈ１以上となる燃焼器２−ｘが確認されなかったとき（Ｎｏ）、又は、ＳＴＥＰ８において、燃焼器２−ｘに隣接した燃焼器２−ｙ，２−ｚの計測値の差（ｔｘ−ｔｙ）が所定値ｔｈ２よりも大きいとき（Ｎｏ）、タイマ１４２を初期化する（ＳＴＥＰ１３）。
【００２８】
そして、ＳＴＥＰ１１において、タイマ１４３で計時された時間が所定時間Ｔ２に至ってないとき（Ｎｏ）、ＳＴＥＰ１３において、タイマ１４２を初期化したとき、タイマ１４２で計時された時間が所定時間ｔ（ｔ＜Ｔ２）だけ経過したか否かが制御部１４１において確認される（ＳＴＥＰ１４）。そして、このＳＴＥＰ１０におけるタイマ１４２で計時された時間の確認動作は、時間ｔが経過するまで行われ、時間ｔの経過が確認されると（Ｙｅｓ）、ＳＴＥＰ２に移行し、ＳＴＥＰ２以降の動作を再び行う。
【００２９】
このように動作することで、冷却蒸気温度が時間Ｔ１前よりもｔｈ１以上高くなる燃焼器２−ｘに隣接する燃焼器２−ｙ，２−ｚそれぞれの冷却蒸気温度が時間Ｔ１前の冷却蒸気温度よりもｔｈ２以上低くなり、この燃焼器２−ｘ〜２−ｚの状態が時間Ｔ２継続すると、逆火検出装置において、燃焼器２−ｘで逆火が発生したことが確認される。このとき、燃焼器２−ｘ〜２−ｚの状態が時間Ｔ２継続したときに逆火の発生を確認するため、温度計測部１３からの信号に重畳するノイズ成分などの高調波成分に左右されることなく、逆火の発生をより確実に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】は、ガスタービンの構成を示すブロック図である。
【図２】は、本発明の実施形態における逆火検出装置と燃焼器の冷却構造との関係を示す図である。
【図３】は、図２の逆火検出装置の構成を示す図である。
【図４】は、図２の逆火検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】は、燃焼器の構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    圧縮機
２    燃焼器
３    タービン
４    発電機
１１    冷却蒸気供給路
１２    冷却蒸気回収路
１３    温度計測器
１４    逆火検出部
１０１    パイロットノズル
１０２    メインノズル
１０３    内筒
１０４    尾筒
１４１    制御部
１４２，１４３    タイマ
１４４    メモリ
【図１】
2007016708.tif 000003
【図２】
2007016708.tif 000004
【図３】
2007016708.tif 000005
【図４】
2007016708.tif 000006
【図５】
2007016708.tif 000007