(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散燃料方式のパイロット系統と予混合燃料方式のメイン系統とを有するガスタービン予混合燃焼器において燃料をガスから油、又は油からガスへ切替えるシステムであって、基準となる燃料比率制御信号を発生する第１の回路と、同第１の回路からの燃料比率制御信号からメイン系統の燃料比率制御信号を発生する第２の回路と、前記第１の回路からの燃料比率制御信号からパイロット系統の燃料比率制御信号を発生する第３の回路とを備え、前記第２，第３の回路は、燃料をガスから油に切替える時には、前記メイン系統の燃料比率制御信号での同メイン系統の切替え終了後に前記パイロットを切替える燃料比率制御信号を発生し、燃料を油からガスに切替える時には、前記パイロット系統の燃料比率制御信号での同パイロット系統の切替え終了後に前記メイン系統を切替える燃料比率制御信号を発生することを特徴とするガスタービン予混合燃焼器の燃料切替システム。
【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の燃料切替システムに関し、燃料切替え時の拡散燃料の燃焼を良好に維持し、予混合燃料の連続燃焼を確実に維持でき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４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２１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２４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（ＭＦＭＣＳＯ）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（ＳＦＣＳＯ）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。従来は、燃料切替え時において、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。
【０００７】
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、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料器の燃料切替えシステムを提供することを課題としてなされたものである。
【０００８】
【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。
【０００９】
拡散燃料方式のパイロット系統と予混合燃料方式のメイン系統とを有するガスタービン予混合燃焼器において燃料をガスから油、又は油からガスへ切替えるシステムであって、基準となる燃料比率制御信号を発生する第１の回路と、同第１の回路からの燃料比率制御信号からメイン系統の燃料比率制御信号を発生する第２の回路と、前記第１の回路からの燃料比率制御信号からパイロット系統の燃料比率制御信号を発生する第３の回路とを備え、前記第２，第３の回路は、燃料をガスから油に切替える時には、前記メイン系統の燃料比率制御信号での同メイン系統の切替え終了後に前記パイロットを切替える燃料比率制御信号を発生し、燃料を油からガスに切替える時には、前記パイロット系統の燃料比率制御信号での同パイロット系統の切替え終了後に前記メイン系統を切替える燃料比率制御信号を発生することを特徴とするガスタービン予混合燃焼器の燃料切替システム。
【００１０】
本発明の燃料切替システムでは、第１の回路からの基準となる燃料比率制御信号が出されると、この信号に基づいて第２，第３の回路においてそれぞれメイン系統の燃料比率制御信号、パイロット系統の燃料比率制御信号が出力される。これらの両制御信号は、燃料をガスから油へ切替える時は、メイン系統、パイロット系統の順で切替え、油からガスに切替える時には、パイロット系統、メイン系統の順で切替えるようなタイミングで出力される。
【００１１】
従って、上記のように切替えのタイミングを制御すると、メイン系統切替え時にはパイロット系統は常にガス燃料の状態にあり、パイロット系統が連続して燃焼しやすくなっており、メイン系統が切替え時においても安定した連続燃焼を確保することができる。
【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の燃料切替システムの系統図である。図において、１は燃料選択指令信号発生回路であり基準となる燃料の比率制御信号（ＦＲＣＳＯ）１０を発生する。２はメイン燃料比率制御信号（ＦＲＭＣＳＯ）発生回路であり、ＦＲＭＣＳＯ信号を発生する回路、３はパイロット比例制御信号（ＦＲＰＣＳＯ）発生回路であり、ＦＲＰＣＳＯ信号を発生する回路である。
【００１３】
パイロット系統Ａ、メイン系統Ｂは図４で説明した各系統であり、１４１，１４２はこれらメイン系統Ｂ、パイロット系統Ａの各信号で制御されるメイン系統の燃料調節弁、パイロット系統の燃料調節弁である。
【００１４】
上記のような全体の制御系統において、燃料選択指令信号発生回路１から全体の比率制御信号（ＦＲＣＳＯ）１０が出力されると、その信号がそれぞれメイン燃料比率制御信号発生回路２、パイロット比率制御信号発生回路３に入力され、各回路においてはそれぞれＦＲＣＳＯ１０に基づいて後述するようにＦＲＭＣＳＯ１１、ＦＲＰＣＳＯ１２の信号を発生する。
【００１５】
ＦＲＭＣＳＯ１１はメイン系統Ｂへ入力され、図４で説明したようにメイン系統のガスと油の燃料制御信号を出力し、メイン系統の燃料調節弁１４２を制御する。又ＦＲＰＣＳＯ１２はパイロット系統Ａへ入力され、同様に図４で説明したようにパイロット系統のガスと油の燃料制御信号を出力し、パイロット系統の燃料調節弁１４１を制御する。
【００１６】
図２は上記に説明のメイン燃料比率制御信号発生回路２、パイロット比率制御信号発生回路３でのＦＲＭＣＳＯ１１、ＦＲＰＣＳＯ１２の発生タイミングを示す図であり、ＦＲＣＳＯ１０をＦＲＭＣＳＯ１１とＦＲＰＣＳＯ１２とに振り分けるようにする。ＦＲＭＣＳＯ１１はまず、図中一点鎖線で示すように時間軸で「０」と「０．５」の中間から立上り、「０．５」で比率が「１」となるが、ＦＲＰＣＳＯ１２は図中二点鎖線で示すようにＦＲＭＣＳＯ１１が立上り、比率「１」となった時点「０．５」より立上り、ＦＲＣＳＯ１０の比率「１」の時点ではＦＲＭＣＳＯ１１とＦＲＰＣＳＯ１２とが比率「１」となるように配分される。
【００１７】
このようにＦＲＭＣＳＯ１１とＦＲＰＣＳＯ１２を配分すると図中下に示すようにガスから油へ切替える際には、まずＦＲＭＣＳＯ１１によりメイン（予混合燃料）がガスから油に切替り、その後パイロット（拡散燃料）がＦＲＰＣＳＯ１２によりガスから油に切替る。
【００１８】
又、油からガスへの切替え時には、まずパイロット（拡散燃料）が油からガスへ切替り、その後メイン（予混合燃料）が油からガスへ切替るようになる。これはメイン（予混合燃料）の切替え時にはパイロット（拡散燃料）は常にガスの状態にあるようにするためである。
【００１９】
図３は上記に説明の切替え時の状態を図示したものであり、ガスから油への切替え時には、まずｔ1 〜ｔ2 においてメイン系統がガスから油に切替り、続いてｔ2 〜ｔ3 においてパイロット系統がガスから油に切替るように制御される。
【００２０】
又、油からガスへの切替え時にはｔ1 ’〜ｔ2 ’においてまずパイロット系統が油からガスに切替り、続いてｔ2 ’〜ｔ3 ’においてメイン系統が油からガスに切替るように制御される。
【００２１】
上記のように燃料切替えが制御されることにより、図３中で三角印で示すメイン系統の切替え時、即ちｔ1 〜ｔ2 時点におけるガスから油への切替え、ｔ2 ’〜ｔ3 ’時点における油からガスへの切替え時において、パイロット系統は常にガス燃料の状態となっており、パイロット系統が安定して燃焼できる状態となる。これによりメイン系統は切替え時点においても安定した連続燃焼も確保することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のガスタービン予混合燃焼器の燃料切替システムは、拡散燃料方式のパイロット系統と予混合燃料方式のメイン系統とを有するガスタービン予混合燃焼器において燃料をガスから油、又は油からガスへ切替えるシステムであって、基準となる燃料比率制御信号を発生する第１の回路と、同第１の回路からの燃料比率制御信号からメイン系統の燃料比率制御信号を発生する第２の回路と、前記第１の回路からの燃料比率制御信号からパイロット系統の燃料比率制御信号を発生する第３の回路とを備え、前記第２，第３の回路は、燃料をガスから油に切替える時には、前記メイン系統の燃料比率制御信号での同メイン系統の切替え終了後に前記パイロットを切替える燃料比率制御信号を発生し、燃料を油からガスに切替える時には、前記パイロット系統の燃料比率制御信号での同パイロット系統の切替え終了後に前記メイン系統を切替える燃料比率制御信号を発生することを特徴としている。このようなシステムにより、メイン系統がガスから油、又は油からガスへ切替る時にはパイロット系統は常にガス燃料の状態にあり、パイロット系統が連続して燃焼しやすくなっており、メイン系統が切替え時においても安定した連続燃焼を確保することができる。
【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の燃料切替システムの全体の系統図である。
【図２】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の燃料切替システムにおける燃料比率制御信号のパターンを示す図である。
【図３】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の燃料切替システムの作用の説明図である。
【図４】従来のガスタービンの拡散燃焼器における燃料制御系統図である。
【符号の説明】
１      燃料選択指令信号発生回路
２      メイン燃料比率制御信号発生回路
３      パイロット燃料比率制御信号発生回路
１０    ＦＲＣＳＯ（比率制御信号）
１１    ＦＲＭＣＳＯ（メイン燃料比率制御信号）
１２    ＦＲＰＣＳＯ（パイロット燃料比率制御信号）
１４１  パイロット系統流量調整弁
１４２  メイン系統流量調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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