(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散燃料を燃焼するパイロット系統と、予混合燃料を燃焼するメイン系統とを有し、燃料をガスから油、又は油からガスへ切替えるガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式であって、ガスタービン全体の燃料制御信号から前記パイロット系統の燃料制御信号を出力する回路と、前記ガスタービン全体の燃料制御信号から前記回路からのパイロット系統の燃料制御信号を減算し、メイン系統の燃料制御信号として出力する減算器と、パイロット燃料比率制御信号に応じて前記パイロット燃料制御信号からガスと油の燃料制御信号にそれぞれ配分するパイロット系統燃料制御回路と、メイン燃料比率制御信号に応じて前記メイン系統燃料制御信号からガスと油の燃料制御信号にそれぞれ配分するメイン系統制御回路とを備えてなることを特徴とするガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式。
【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予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式に関し、燃料切替え時や専燃時のいずれかにおいても安定した連続燃焼を得るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの燃焼器においては、中心にパイロットノズル系統、その周囲に複数のメインノズル系統を配置し、パイロットノズル系統には拡散燃料を、メインノズル系統にはあらかじめ空気と燃料を混合してノズル周囲に流出させ、ノズル先端部からの燃料と混合して燃焼させる予混合燃料を採用する方式が採用されはじめている。このような拡散燃料（パイロット系統）と予混合燃料（メイン系統）とを組合せた方式が近年ガスタービンに採用が試みられておるが、このような方式で燃料をガスから油、油からガスへ切替えて燃焼させる制御方式は完全に確立されていないのが現状である。これまでの拡散燃焼器を採用したデュアル燃料ガスタービンでは、油燃料とガス燃料を切替える場合に、燃料選択指令に応じて燃料比率制御信号でパイロット系統、メイン系統でそれぞれ油、ガスに振り分けて制御信号を出力している。
【０００３】
図２は従来の一般的な拡散燃料を用いた燃料の制御系統図である。図において、制御系統はパイロット系統Ａとメイン系統Ｂとからなり、パイロット系統Ａでは、パイロット燃料制御信号（ＰＬＣＳＯ）３１とパイロット燃料比率制御信号（ＦＲＰＣＳＯ）３２の信号により乗算器２４において両者が乗算され、まずその値を燃料油パイロット燃料制御信号（ＳＦＰＬＣＳＯ）４２として出力する。一方、減算器２２において、ＰＬＣＳＯ３１からＳＦＰＬＣＳＯ４２を引き、その差を燃料ガスパイロット燃料制御信号（ＭＦＰＬＣＳＯ）４１として出力している。つまりパイロット系統ＡではＰＬＣＳＯ３１を油燃料のＳＦＰＬＣＳＯ４２とガス燃料のＭＦＰＬＣＳＯ４１に振り分けて制御信号としている。
【０００４】
メイン系統Ｂでは、同様にメイン燃料制御信号（ＭＣＳＯ）３３とメイン燃料比率制御信号（ＦＲＭＣＳＯ）３４の信号により乗算器２７において両者が乗算され、まずその値を燃料油メイン燃料制御信号（ＳＦＭＣＳＯ）４５として出力する。一方、減算器２５において、ＭＣＳＯ３３からＳＦＭＣＳＯ４５を引き、その差を燃料ガスメイン燃料制御信号４４として出力している。つまり、メイン系統ＢではＭＣＳＯ３３を油燃料のＳＦＭＣＳＯ４５とガス燃料のＭＦＭＣＳＯ４４に振り分けて制御信号としている。
【０００５】
又、パイロット系統Ａのガス燃料のＭＦＰＬＣＳＯ４１とメイン系統Ｂのガス燃料のＭＦＭＣＳＯ４４の両者を加算器２３で加算して全体の燃料ガス制御信号（ＭＦＣＳＯ）４３として出力し、又パイロット系統Ａの油燃料のＳＦＰＬＣＳＯ４２とメイン系統Ｂの油燃料のＳＦＭＣＳＯ４５の両者を加算して、全体の燃料油制御信号４６を出力している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来のパイロット系統とメイン系統を用いたデュアル燃料ガスタービンでは、パイロット系統Ａの燃料制御信号とメイン系統Ｂの燃料制御信号からそれぞれ、ガス燃料のパイロット系統とメイン系統の制御信号、油燃料のパイロット系統とメイン系統の制御信号に振り分けて出力し、これらの制御信号でパイロット系統Ａはガスと油の流量を、メイン系統もガスと油の流量を制御しガスから油、油からガスへの燃料の切替えを行っている。この切替えに際してはパイロット系統は連続して良好に燃焼していないとメイン系統の連続燃焼が困難となり、切替え時にも安定した連続燃焼を確保することが望まれている。
【０００７】
従来は前述のように燃料切替え時においては、パイロット系統Ａとメイン系統Ｂがそれぞれ独立に燃料ガスと燃料油の制御信号を算出しており、パイロット系統の燃焼を確実に維持するように切替えを行うような考慮がなされておらず、そのために切替え時連続して燃焼を安定して維持することができなかった。
【０００８】
そこで本発明は、予混合燃料と拡散燃料を用いた燃焼器において、油からガス、又はガスから油への燃料を切替える場合に、燃料制御信号からまず保炎のためのパイロット系統の燃料制御信号を定め、これに基づいてメイン系統の燃料制御信号を定めるような方式とし、切替え時にパイロット系統が連続して安定した燃焼を維持させ、メイン系統の切替え時に安定した連続燃焼が維持できるガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式を提供することを課題としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【００１０】
拡散燃料を燃焼するパイロット系統と、予混合燃料を燃焼するメイン系統とを有し、燃料をガスから油、又は油からガスへ切替えるガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式であって、ガスタービン全体の燃料制御信号から前記パイロット系統の燃料制御信号を出力する回路と、前記ガスタービン全体の燃料制御信号から前記回路からのパイロット系統の燃料制御信号を減算し、メイン系統の燃料制御信号として出力する減算器と、パイロット燃料比率制御信号に応じて前記パイロット燃料制御信号からガスと油の燃料制御信号にそれぞれ配分するパイロット系統燃料制御回路と、メイン燃料比率制御信号に応じて前記メイン系統燃料制御信号からガスと油の燃料制御信号にそれぞれ配分するメイン系統制御回路とを備えてなることを特徴とするガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式。
【００１１】
本発明の燃料配分方式では、まずガスタービン全体の燃料制御信号からパイロット系統の燃料ガスと燃料油の燃料配分の設定値を加算してパイロット系統の燃料制御信号を定める。次に減算器において、ガスタービン全体の燃料制御信号から先に定めた保炎のためのパイロット系統燃料制御信号を減算し、残りをメイン系統の燃料制御信号として設定する。これらパイロット系統、メイン系統の各燃料制御信号は、それぞれパイロット燃料比率制御信号、メイン燃料比率制御信号に応じてそれぞれの系統の燃料ガス、燃料油の制御信号に配分する。従って、専燃時から燃料切替え時にわたってパイロット系統とメイン系統の燃料制御が連続してスムーズに制御されるので、安定した保炎と連続燃焼が確保される。
【００１２】
【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に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係るガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式の系統図である。本発明の方式は、基本となる燃料制御信号から保炎のための拡散燃料（パイロット燃料）信号を定め、その後燃料制御信号からパイロット燃料分を差し引いて予混合燃料（メイン燃料）信号を定める。更に、燃料選択指令信号により、パイロット燃料制御信号とメイン燃料制御信号をそれぞれデュアル燃料（ガスと油）の燃料制御信号に配分するようにしたものであり、次に詳しく説明する。
【００１３】
図１において、１は燃料ガスパイロット燃料設定回路であり、ガスタービンの回転数１０と全体の燃料制御信号１１を入力し、パイロット系統の燃料ガス設定信号１２を出力する回路である。２は燃料ガス切替配分信号発生回路であり、燃料ガス設定信号１２を入力し、燃料ガスから燃料油へ、又は燃料油から燃料ガスへの切替え時の燃料ガス配分切替信号を発生する回路である。
【００１４】
３は同じくパイロット系統の燃料油パイロット燃料設定回路であり、同じく回転数１０と燃料制御信号１１とを入力し、パイロット系統の燃料油設定信号１３を出力する回路である。４は燃料油切替配分信号発生回路であり、燃料油から燃料ガスへ、又は燃料ガスから燃料油への切替え時の燃料油の配分切替信号を発生する回路である。
【００１５】
５は加算器であり、燃料ガス切替配分信号発生回路２からの配分切替え信号と燃料油切替信号発生回路４からの配分切替え信号とを加算してパイロット系統の全体の燃料制御信号を出すものである。
【００１６】
６は減算器であり、ガスタービン全体の燃料制御信号１１から加算器５が出力するパイロット系統の燃料制御信号１９を引き算して出力し、メイン系統の全体の燃料制御信号２０として出力するものである。
【００１７】
７はパイロット系統の燃料制御回路であり、加算器５からのパイロット系統燃料制御信号１９と燃料選択指令信号１８とを入力し、それぞれパイロット系統における燃料ガス制御信号１４と燃料油制御信号１５とに配分して出力する回路である。８はメイン系統燃料制御回路であり、減算器６が出力するメイン系統燃料制御信号２０と燃料選択指令信号１８とを入力し、それぞれメイン系統における燃料ガス制御信号１６と燃料油制御信号１７とに配分して出力する回路である。
【００１８】
上記構成の燃料配分制御系統において、まずガスタービンの燃焼器の保炎のために燃料ガスパイロット燃料設定回路１において、ガスタービンの回転数１０とガスタービン全体の燃料制御信号１１とからパイロットの燃料ガス設定量を定め、燃料ガス設定信号１２を出力する。又、パイロット燃料比率制御信号１８は燃料ガス切替配分信号発生回路２に入力され、この回路２では燃料ガス設定信号１２の指令に応じてガスから油、又は油からガスへの切替え時のガスの配分切替え信号を出力する。
【００１９】
一方、燃料油パイロット燃料設定回路３では、同じく回転数１０と燃料制御信号１１とを入力し、パイロット系統の燃料油設定信号１３を出力する。又、パイロット燃料比率制御信号１８は燃料油切替配分信号発生回路４へ入力され、燃料油切替配分信号発生回路４では、パイロット燃料比率制御信号１８の信号と燃料油設定信号１３とに応じて油からガス、又はガスから油への燃料切替え時の油の配分切替え信号を出力する。
【００２０】
これら配分信号発生回路２，４からのガス配分切替え信号、油配分切替え信号はそれぞれ加算器５に入力され、加算されてパイロット系統燃料制御信号１９を出力する。パイロット系統燃料制御回路７ではこのパイロット系統燃料制御信号１９とパイロット燃料比率制御信号１８とを入力し、パイロット燃料比率制御信号に応じてパイロット系統の燃料ガス制御信号１４と燃料油制御信号１５とを出力する。
【００２１】
これら制御信号１４，１５のいずれかの制御信号によりパイロット系統の燃料弁を制御し、パイロット系統をガス又は油のいずれかで燃焼させ、あるいは燃料選択指令信号１８に応じてガスから油、あるいは油からガスへの切替えを行い、各制御信号１４，１５を変化させてパイロット系統の燃料の切替えを制御する。
【００２２】
又、加算器５からのパイロット系統燃料制御信号１９は減算器６にも入力され、減算器６ではガスタービン全体の燃料制御信号１１からパイロット系統燃料制御信号１９を減算してメイン系統燃料制御信号２０として出力する。
【００２３】
メイン系統燃料制御回路８では、このメイン系統燃料制御信号２０とメイン燃料比率制御信号２１とを入力し、メイン燃料比率制御信号に応じてメイン系統の燃料ガス制御信号１６と燃料油制御信号１７とを出力する。これら制御信号１６，１７のいずれかによりメイン系統の燃料弁を制御し、メイン系統をガス又は油のいずれかで燃焼させ、燃料選択指令信号１８の切替指令に応じて、ガスから油、又は油からガスへ切替えを行うべく各制御信号１６，１７を変化させて切替えを制御する。
【００２４】
以上説明した実施の形態におけるガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式によれば、ガスタービン全体の燃料制御信号１１からまず保炎のためのパイロット系統の全体の燃料制御信号１９を定め、減算器６において燃料制御信号１１からパイロット系統の燃料制御信号１９を差し引いてメイン系統の全体の燃料制御信号２０とする。
【００２５】
更にパイロット燃料比率制御信号１８の信号に応じてパイロット系統燃料制御回路７ではパイロット系統の燃料ガス制御信号１４と燃料油制御信号１５とに制御信号を配分すると共に、メイン系統ではメイン系統の燃料制御信号２０をメイン系統燃料制御回路８で燃料ガス制御信号１６と燃料油制御信号１７とに制御信号を配分するようにする。
【００２６】
このような配分方式により、パイロット系統とメイン系統の燃料制御信号１９，２０がスムーズに連動して切替えができるので、専燃時や燃料切替え時のいずれかにおいても安定した連続燃焼が確保され、ＮＯx 等の発生も最小限に抑えることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式は、拡散燃料を燃焼するパイロット系統と、予混合燃料を燃焼するメイン系統とを有し、燃料をガスから油、又は油からガスへ切替えるガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式であって、ガスタービン全体の燃料制御信号から前記パイロット系統の燃料制御信号を出力する回路と、前記ガスタービン全体の燃料制御信号から前記回路からのパイロット系統の燃料制御信号を減算し、メイン系統の燃料制御信号として出力する減算器と、パイロット燃料比率制御信号に応じて前記パイロット燃料制御信号からガスと油の燃料制御信号にそれぞれ配分するパイロット系統燃料制御回路と、メイン燃料比率制御信号に応じて前記メイン系統燃料制御信号からガスと油の燃料制御信号にそれぞれ配分するメイン系統制御回路とを備えてなることを特徴としている。このような方式により、専燃時から燃料切替え時にわたってパイロット系統の保炎とメイン系統の切替えが連動してなされ、これによりメイン系統での燃焼が安定して連続的に確保され、ＮＯx の発生等を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービン予混合燃焼器におけるデュアル燃料配分方式の系統図である。
【図２】従来のガスタービンの拡散燃料を用いたデュアル燃料配分方式の系統図である。
【符号の説明】
１      燃料ガスパイロット燃料設定回路
２      燃料ガス切替配分信号発生回路
３      燃料油パイロット燃料設定回路
４      燃料油切替配分信号発生回路
５      加算器
６      減算器
７      パイロット系統燃料制御回路
８      メイン系統燃料制御回路
１０    回転数
１１    燃料制御信号
１２    燃料ガス設定信号
１３    燃料油設定信号
１４    燃料ガス制御信号
１５    燃料油制御信号
１６    燃料ガス制御信号
１７    燃料油制御信号
１８    パイロット燃料比率制御信号
１９    パイロット系統燃料制御信号
２０    メイン系統燃料制御信号
２１    メイン燃料比率制御信号
【図１】
0003901826.tif 000002
【図２】
0003901826.tif 000003