(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器（１２）内の冷却通路（１４）へ冷却蒸気を導き、同燃焼器（１２）を冷却する方法であって、
起動時には、前記冷却通路（１４）へ前記冷却蒸気を供給する供給配管（１５）から前記冷却蒸気をバイパスさせるバイパス配管（１６）に設けられた流量制御弁（２）を所定量開くと共に、車室内圧力値に、前記冷却蒸気の逆流を防止する最小差圧となるバイアスを加えて設定値とし、この設定値となるように前記バイパス配管（１６）に設けられた前記流量制御弁（２）及び前記供給配管（１５）に設けられた流量制御弁（４）の開度を制御し、
負荷運転中には、前記冷却通路（１４）の出口の蒸気温度を温度検出器（７）で検出し、出口温度の上限値を超えないように前記供給配管（１５）に設けられた前記流量制御弁（４）で前記冷却蒸気流量を調整すると共に、前記バイパス配管（１６）における前記流量制御弁（２）の上流側に設けられた圧力検出器（６）で検出した冷却蒸気の圧力が予め定められた圧力となるように前記バイパス配管（１６）に設けられた前記流量制御弁（２）を調整して、前記冷却蒸気圧力が前記車室内圧力よりも所定の圧力だけ高くなるように制御し、
停止時には、前記冷却通路（１４）へ乾燥空気を投入するための開閉弁（５）を所定時間開くことを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却蒸気制御方法。
【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燃焼器の冷却蒸気制御方法に関し、冷却蒸気の洩れ量を少なくし、燃焼空気への蒸気の混入を最小限に抑え、燃焼器の起動から定常運転にわたって燃焼の安定性を確保するように蒸気の流量、温度、圧力を制御するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のガスタービンの高温化に伴い、ガスタービンの燃焼器を蒸気で冷却する方式が採用され始めており、図２はその概略構成図である。１０はガスタービン、１１は圧縮機、１２は燃焼器であり圧縮機１１からの圧縮空気を導き、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させ、ガスタービン１０に導き、ガスタービン１０のロータを回転させ、ガスタービンロータに接続した発電機を回転させる。燃焼器１２は高温のガスを発生させるために、壁内部に冷却通路１４を設け、これに蒸気を導いて蒸気で冷却することが行なわれている。冷却用蒸気は蒸気タービンのボトミング系から抽気され、配管１５、開閉弁（遮断弁）１３を経由して燃焼器１２の冷却通路１４へ導かれ、燃焼器１２壁面を冷却して回収され、蒸気タービン側で有効利用される。このような蒸気冷却方式においては、ガスタービン起動時から定常運転時に必要とされる最大の圧力、流量の蒸気が冷却蒸気通路１４に供給されており、現状では特に蒸気流量や圧力は運転中に制御されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ガスタービン燃焼器の冷却蒸気系統は、車室外部配管から外部車室を貫通して車室内の冷却蒸気ヘッダーに導かれ、燃焼器へ供給され、回収蒸気は逆に車室内から車室外へ導かれる。この車室内の蒸気ルート途上では、各部の熱膨張を緩和するためにシールリングが用いられており、これらシールリングからの蒸気の洩れが発生し、あるいは燃焼器壁内の冷却用通路に微少な傷があると、蒸気が燃焼器の冷却用通路から洩れる可能性がある。
【０００４】
ガスタービンの起動、昇速途中、あるいは低負荷域で上記のような蒸気洩れが発生していると、燃焼用空気中に蒸気が混入することになり、燃焼が不安定になり、洩れ蒸気量が多くなると、失火を起こす可能性もある。又、このような蒸気冷却方式においては、高温の燃焼ガスが逆に蒸気配管側に侵入しないように、蒸気圧力は、通常燃焼ガス圧力（車室側燃焼用空気圧力）より高い状態としており、蒸気が燃焼器側に洩れやすい状況にある。
【０００５】
そこで本発明では、起動中から高出力域において蒸気圧力、流量を制御することにより蒸気圧力と車室内圧力とのバランスを取り、蒸気圧力が最適な圧力、流量となるようにして、蒸気の洩れ量を最小限に抑えるような状態で冷却用蒸気を供給するガスタービン燃焼器の冷却蒸気制御方法を提供することを課題としてなされたものである。
【０００６】
【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。
【０００７】
ガスタービン燃焼器（１２）内の冷却通路（１４）へ冷却蒸気を導き、同燃焼器（１２）を冷却する方法であって、起動時には、前記冷却通路（１４）へ前記冷却蒸気を供給する供給配管（１５）から前記冷却蒸気をバイパスさせるバイパス配管（１６）に設けられた流量制御弁（２）を所定量開くと共に、車室内圧力値に、前記冷却蒸気の逆流を防止する最小差圧となるバイアスを加えて設定値とし、この設定値となるように前記バイパス配管（１６）に設けられた前記流量制御弁（２）及び前記供給配管（１５）に設けられた流量制御弁（４）の開度を制御し、負荷運転中には、前記冷却通路（１４）の出口の蒸気温度を温度検出器（７）で検出し、出口温度の上限値を超えないように前記供給配管（１５）に設けられた前記流量制御弁（４）で前記冷却蒸気流量を調整すると共に、前記バイパス配管（１６）における前記流量制御弁（２）の上流側に設けられた圧力検出器（６）で検出した冷却蒸気の圧力が予め定められた圧力となるように前記バイパス配管（１６）に設けられた前記流量制御弁（２）を調整して、前記冷却蒸気圧力が前記車室内圧力よりも所定の圧力だけ高くなるように制御し、停止時には、前記冷却通路（１４）へ乾燥空気を投入するための開閉弁（５）を所定時間開くことを特徴とするガスタービン燃焼器の冷却蒸気制御方法。
【００１０】
本発明は、燃焼器の冷却通路へ導かれる蒸気圧力は車室内圧力より若干高めに設定されるので、蒸気圧力と車室内圧力の差圧を小さくすることができる。洩れ蒸気量は、この差圧によって決まり、差圧が大きい程、洩れ蒸気量は多くなるので、昇速中あるいは低出力域における蒸気洩れ量をできる限り少なくするために、この差圧を小さくする必要がある。このために、燃焼器へ供給される蒸気圧力を車室圧力＋「逆流防止最小差圧」に制御することにより、燃焼用空気中への蒸気の洩れによる混入を最小限に抑えることができ、特に昇速中、あるいは低負荷域での燃焼への影響を最小限として燃焼の不安定、失火を防止することができる。しかも、本発明では、停止時には、冷却通路へ乾燥空気を投入するための開閉弁を所定時間開くことにより、蒸気系統に蒸気の滞留によるドレン発生を防止することができる。
【００１１】
さらに、本発明は、車室内圧力に微少圧力、即ち「逆流防止最小差圧」を加えた圧力値を目標値として設定し、冷却蒸気の圧力を目標値に近づけるように制御するので、燃焼用空気中への蒸気の洩れによる混入を最小限に抑えることができ、特に昇速中、あるいは低負荷域での燃焼への影響を最小限にして燃焼の不安定、失火を防止することができる。
【００１３】
【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燃焼器の冷却蒸気制御方法を適用する制御系統図である。図において、１５は冷却蒸気が導かれる供給配管で、蒸気は蒸気タービンのボトミング系から抽気して導かれる。２は流量制御弁であり、燃焼器１２の冷却蒸気をバイパスさせて、燃焼器１２の冷却通路１４への蒸気の供給圧力を制御する。３は遮断弁であり、燃焼器１２への供給蒸気を開閉する。４は流量制御弁であり、燃焼器１２の冷却通路１４への蒸気流量を制御する。５は開閉弁であり、ドレン排出用の乾燥空気の導入を開閉する。
【００１４】
６は圧力検出器で、冷却通路１４へ冷却蒸気を供給する供給配管１５から冷却蒸気をバイパスさせるバイパス配管１６における流量制御弁２の上流側に設けられて冷却蒸気の蒸気圧力を検出する。７は温度検出器であり、燃焼器１２の冷却通路１４の出口蒸気の温度を検出する。８は圧力検出器であり、冷却通路１４内の蒸気圧力を検出し、車室内空気圧力と比較するためのものである。
【００１５】
制御装置１には、上記の圧力検出器６、温度検出器７、圧力検出器８からの検出信号がそれぞれ入力され、後述するように蒸気供給側の供給圧力を調整する流量制御弁２、燃焼器冷却系の遮断弁３、燃焼器１２へ蒸気を供給する流量制御弁４、ドレン系の開閉弁５をそれぞれ制御するものである。
【００１６】
上記構成において、冷却蒸気系統の供給配管１５には約３００℃程度の冷却蒸気が導かれ、遮断弁３を開き、流量制御弁４を経由して蒸気が燃焼器１２の冷却通路１４へ導かれ、燃焼器１２を冷却し冷却により温度が約５００℃以上となり、回収される。まず、起動前には、蒸気系統をウォーミングアップするため、遮断弁３を微開として流量制御弁を開き、蒸気を冷却系統に流しウォーミングを行い、温度検出器７が所定の温度となるまで行う。
【００１７】
起動時には、冷却蒸気の流量は少量で良く、制御装置１により流量制御弁２を所定量開き、入口側の流量制御弁４を制御して蒸気を燃焼器１２へ流す。蒸気圧力は圧力検出器８の圧力を参照し、車室内圧力よりわずかに高い圧力に設定する。制御装置１は、車室内圧力を図示しない圧力検出器で検出し、この圧力値に「蒸気の逆流を防止する最小差圧」となるバイアスを加えて設定値とし、この設定値となるように流量制御弁２、流量制御弁４の開度を制御する。
【００１８】
負荷運転中では、制御装置１は出口の蒸気温度を温度検出器７で検出し、出口蒸気温度が予め定められた負荷対設定温度となるように制御すると共に、出口温度の上限値を超えないように流量制御弁４で蒸気流量を調整することにより制御する。この場合の蒸気の供給圧力は、供給系の供給配管１５をバイパスするバイパス配管１６に設けられた流量制御弁２を調節し、圧力検出器６で検出した圧力が予め定められた圧力となるように制御し、冷却通路１４へ流入する蒸気圧力が車室内圧力よりも高くなるように制御する。
【００１９】
ガスタービンの停止時には、制御装置１は、蒸気系統に蒸気の滞留によるドレン発生を防止するため、ガスタービン停止信号（又は回転数信号）により開閉弁５を所定時間開き、乾燥空気を投入する。
【００２０】
上記に説明のように、制御装置１は、ウォーミング、起動時、負荷運転時、停止時に、それぞれ圧力検出器６、温度検出器７、圧力検出器８の各検出器からの検出信号を取込み、流量制御弁２、遮断弁３、流量制御弁４、開閉弁５をそれぞれ制御し、蒸気圧力を車室内圧力よりも若干高い適正な圧力に制御し、蒸気の洩れを防ぎ、安定した燃焼性を確保する。
【００２１】
上記の起動から負荷運転までの具体的な制御例について説明すると、ガスタービン着火回転数を定速の約２０％速度とした場合、着火状態は約３５％回転数で安定する。従って、第１の制御方法は、３５％回転数以下では、流量制御弁４をできるだけ絞って供給蒸気圧力を（車室圧力）＋（逆流防止最小差圧）に制御し、燃焼用空気中への蒸気の洩れによる混入を最小限とし、昇速中、あるいは低負荷域での燃焼への影響を少なくして燃焼不安定、失火を防止する。３５％回転以上では、流量制御弁４の開度を次第に増加させる。
【００２２】
第２の制御方法としては、蒸気の圧力を圧力検出器８で検出し、（車室圧力）＋０．０５〜０．１μPa ）を制御目標値に設定し、流量制御弁２，４の開度を制御して燃焼器１２の冷却通路１４への蒸気の圧力と流量を制御し、目標値に近づけるようにする。又、第３の制御方法としては、燃料注入量に応じて、上記と同様に冷却蒸気の圧力、流量を制御し、燃料注入量が多い時には蒸気量も多く、注入量が少ないと蒸気量も少なくするように比例制御し、かつ、蒸気圧力が車室内圧力よりもわずかに高くなるように制御する。又、燃料注入量の代わりに回転数に比例させても良い。
【００２３】
上記のように冷却蒸気圧力を車室内圧力よりもわずかに高めに設定し、適正に制御することにより、特にガスタービンの昇速中と低出力域において、燃焼用空気中への蒸気の洩れによる混入を最小限にすることができ、燃焼器の不安定な燃焼が防止され、失火も防止できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のガスタービン燃焼器の冷却蒸気制御方法は、ガスタービン燃焼器（１２）内の冷却通路（１４）へ冷却蒸気を導き、同燃焼器（１２）を冷却する方法であって、起動時には、前記冷却通路（１４）へ前記冷却蒸気を供給する供給配管（１５）から前記冷却蒸気をバイパスさせるバイパス配管（１６）に設けられた流量制御弁（２）を所定量開くと共に、車室内圧力値に、前記冷却蒸気の逆流を防止する最小差圧となるバイアスを加えて設定値とし、この設定値となるように前記バイパス配管（１６）に設けられた前記流量制御弁（２）及び前記供給配管（１５）に設けられた流量制御弁（４）の開度を制御し、負荷運転中には、前記冷却通路（１４）の出口の蒸気温度を温度検出器（７）で検出し、出口温度の上限値を超えないように前記供給配管（１５）に設けられた前記流量制御弁（４）で前記冷却蒸気流量を調整すると共に、前記バイパス配管（１６）における前記流量制御弁（２）の上流側に設けられた圧力検出器（６）で検出した冷却蒸気の圧力が予め定められた圧力となるように前記バイパス配管（１６）に設けられた前記流量制御弁（２）を調整して、前記冷却蒸気圧力が前記車室内圧力よりも所定の圧力だけ高くなるように制御し、停止時には、前記冷却通路（１４）へ乾燥空気を投入するための開閉弁（５）を所定時間開くことを特徴としている。このような方法によれば、燃焼用空気中への蒸気の洩れによる混入を最小限に抑えることができ、特に、昇速中、あるいは低負荷域での燃焼への影響を最小限にして燃焼の不安定、失火を防止することができる。
【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燃焼器の冷却蒸気制御方法を適用する系統図である。
【図２】従来のガスタービン燃焼器の冷却蒸気システムの構成図である。
【符号の説明】
１            制御装置
２，４        流量制御弁
３            遮断弁
５            開閉弁
６，８        圧力検出器
７            温度検出器
１０          ガスタービン
１２          燃焼器
１５          供給配管
１６          バイパス配管
【図１】
0004354052.tif 000002
【図２】
0004354052.tif 000003