(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロットノズルと予混合のメインノズルを併用した燃焼器を有し、負荷信号に応じて前記パイロットノズルとメインノズルとの燃料の比率を制御し、最適な低ＮＯｘ化を行うガスタービンのパイロット比調整装置において、前記燃焼器の内圧変動を検出する内圧変動検出装置と、ＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出装置と、前記内圧変動検出装置から内圧変動値の信号、前記ＮＯｘ検出装置からＮＯｘ値の信号及び前記負荷信号を入力し、前記負荷信号から定まる基準ＮＯｘ値及び基準内圧変動値と比較して、ＮＯｘ量及び内圧変動の補正信号を出力し、前記負荷において内圧変動許容範囲内でＮＯｘを低く設定できるパイロットノズル比率となるようにした補正信号を出力する演算装置とを備えたことを特徴とするパイロット比自動調整装置。
【請求項２】
パイロットノズルと予混合のメインノズルを併用した燃焼器を有し、負荷信号に応じて前記パイロットノズルとメインノズルとの燃料の比率を制御し、最適な低ＮＯｘ化を行うガスタービンのパイロット比調整装置において、前記燃焼器の内圧変動を検出する内圧変動検出装置と、ＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出装置と、前記内圧変動検出装置から内圧変動値の信号、前記ＮＯｘ検出装置からＮＯｘ値の信号及び前記負荷信号を入力し、前記負荷信号から定まる基準ＮＯｘ値及び基準内圧変動値と比較して、ＮＯｘ量及び内圧変動の補正信号を出力し、前記負荷において内圧変動許容範囲内でＮＯｘを低く設定できるパイロットノズル比率となるようにした補正信号を出力する演算装置と、前記パイロットノズルの燃料の比率に前記補正信号を加算する加算器とを備えたことを特徴とするパイロット比自動調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は拡散ノズルと予混合ノズルを併用しているガスタービン燃焼器のパイロット比の自動調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来ガスタービンにおいては、ＮＯx 低減のために空気と燃料を予め均一に混合して燃焼させる予混合燃焼器（メインノズル：Ｍ）が採用されているが燃焼の安定範囲が狭いため安定した燃焼を持続することが難しい。
【０００３】
そのため着火性と火炎の安定性に優れた拡散ノズルと併用しているが、拡散ノズル（パイロットノズル：Ｐ）は火炎温度が高く高濃度のＮＯx が発生する。即ち、パイロットノズルの比率を上げると火炎が安定し、燃焼器の内圧変動は小さくなるがＮＯx が増加する傾向にある。
【０００４】
メインノズルの比率を上げると火炎が不安定となり、燃料と空気の比、予混合燃焼、拡散燃焼の状態などの要因により内圧変動は大きくなるが、パイロット比率が小さくなった分ＮＯx は低下する傾向にある。これ等の妥協点を調査してパイロットとメイン燃料の比率（Ｐ／Ｍ比）を決めている。
【０００５】
図９は上記説明のガスタービンの燃焼器を示し、（ａ）が内部の概略縦断面図、（ｂ）が正面図である。燃焼器３０は、燃料と空気の予混合気を形成する８個のメインノズル、即ち、４個のメインノズル３２−Ａと４個のメインノズル３２−Ｂと、燃焼器３０の中心部には、燃料稀薄な予混合気の燃焼を安定化するため拡散燃焼と呼ばれるパイロットノズル３１を設けている。
【０００６】
パイロットノズル３１の燃焼は、拡散燃焼と称し、従来用いられてきたが、着火性と火炎の安定性は優れている反面、火炎温度が高く、高濃度のＮＯx が発生する。
【０００７】
この空気と燃料を予め均一に混合して燃焼する予混合稀薄燃焼は、適正な燃料と空気の割合（燃空比）を選定することによりＮＯx の発生を大幅に抑制することが出来る。反面安定した燃焼を持続することが難しい燃焼法である。
【０００８】
図８はパイロット比（Ｐ／Ｍ比）に対する内圧変動とＮＯx の傾向を示し、パイロット比率を上げると右側に移行し、内圧変動低下、ＮＯx 増加の傾向を示す。パイロット比率を下げると、左側に移行し反対の傾向を示す。
【０００９】
現状この制御は、図７に示すようにＣＳＯ（負荷）に見合ったパイロット比を予め、内圧変動、ＮＯx 実測データより最適値を求め負荷パラメータのみで設定している。
【００１０】
図６はこの制御のシステム系統図で、負荷信号発生器２１からの負荷の大きさに対応した信号はパイロットノズル信号発生器２２及びメインノズル信号発生器２３−１，２３−２にそれぞれ直接入力し、それら各信号発生器からの出力信号により各ノズルに接続された制御弁２４，２５−Ａ，２５−Ｂの開度を制御する方法で行っている。
【００１１】
なお、図６においては、メインノズルはＡ，Ｂの２系列となっているが、これは着火〜全負荷運転までの燃料を制御するためメインＡ１個のみでは制御性が悪くなり、パイロット（火種）とメインＡで着火し、負荷運転途中でメインＢを投入する様になっている。このためメインバーナは通常２系列であり、これ以上ではマニホールド、燃焼器ノズルへの燃料管が増加し、制御が複雑となってしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来のガスタービンのＰ／Ｍ比設定後の運転に於いては、負荷のパラメータのみでの制御となるため、燃焼器が経年劣化や環境変化等により内圧変動が許容値を越えたり、許容値に対し余裕が生じすぎたり、又ＮＯx 値も変動する。
【００１３】
そこで、本発明はＰ／Ｍ比を設定する際に、負荷のみに依存せずに内圧変動やＮＯx 値もパラメータとして取込み、内圧変動許容値内でたえず変動に応じて最適の低ＮＯx 化運転ができるようにパイロット比を補正できガスタービンのパイロット比自動調整装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【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。
【００１５】
パイロットノズルと予混合のメインノズルを併用した燃焼器を有し、負荷信号に応じて前記パイロットノズルとメインノズルとの燃料の比率を制御し、最適な低ＮＯｘ化を行うガスタービンのパイロット比調整装置において、前記燃焼器の内圧変動を検出する内圧変動検出装置と、ＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出装置と、前記内圧変動検出装置から内圧変動値の信号、前記ＮＯｘ検出装置からＮＯｘ値の信号及び前記負荷信号を入力し、前記負荷信号での基準ＮＯｘ値及び基準内圧変動値と比較して、前記負荷において内圧変動許容範囲内でＮＯｘを低く設定できるパイロットノズル比率となるように補正信号を出力する演算装置とを備えたことを特徴とするパイロット比自動調整装置。
或いは、パイロットノズルと予混合のメインノズルを併用した燃焼器を有し、負荷信号に応じて前記パイロットノズルとメインノズルとの燃料の比率を制御し、最適な低ＮＯｘ化を行うガスタービンのパイロット比調整装置において、前記燃焼器の内圧変動を検出する内圧変動検出装置と、ＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出装置と、前記内圧変動検出装置から内圧変動値の信号、前記ＮＯｘ検出装置からＮＯｘ値の信号及び前記負荷信号を入力し、前記負荷信号から定まる基準ＮＯｘ値及び基準内圧変動値と比較して、ＮＯｘ量及び内圧変動の補正信号を出力し、前記負荷において内圧変動許容範囲内でＮＯｘを低く設定できるパイロットノズル比率となるようにした補正信号を出力する演算装置と、前記パイロットノズルの燃料の比率に前記補正信号を加算する加算器とを備えたことを特徴とするパイロット比自動調整装置。
【００１６】
本発明は最適な低ＮＯx 化制御を行うためパイロットノズル／メインノズル比制御に負荷信号以外に加えて燃焼器内圧変動及びＮＯx を検出してこれ等を制御パラメータとした自動調整制御を行う。
【００１７】
本発明の構成を図４に、その作用を図５に示すフローチャートで説明する。図４において、まず▲１▼ではパイロットノズルとメインノズルの比（Ｐ／Ｍ比）が設定されると共に内圧変動検出装置とＮＯx 検出装置からの検出信号が検出され、演算装置▲２▼に入力する。演算装置▲２▼では補正信号▲３▼が求められ、加算補正手段▲４▼に加えられる。加算補正手段▲４▼はパイロットノズル制御弁▲６▼を制御し、メインノズル制御弁▲５▼は▲１▼において設定されたＰ／Ｍ比に従って制御される。本発明の構成は図中二点鎖線で示した▲１▼，▲２▼，▲３▼の部分であり、演算装置▲２▼には必要に応じて外部の入力装置▲７▼等が接続される。
【００１８】
図５において、まずＳ１では内圧変動、ＮＯx の実測データベースに基づいて負荷に見合ったＰ／Ｍ比が設定される。次に、Ｓ２ではこれを演算器に入力する。Ｓ３においては負荷に対する内圧変動、ＮＯx を検出し、演算器においてＰ／Ｍ比の補正信号が演算され、補正信号が出力される。Ｓ４ではこの補正信号が加算手段に入力され、Ｓ５においてバイアス値がパイロット比の信号に加算されてバイアス補正がなされる。次に、Ｓ６では、そのバイアス補正信号によってノズルに接続された燃料制御弁が制御される。一方、Ｓ７でメインノズル側は負荷に見合ったメインノズル開閉信号によりメインノズル接続した燃料制御弁が制御される。そして両ノズルの開度の程度によってＰ／Ｍ比が自動調整される。
【００１９】
【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パイロット比自動調整装置のシステム系統図である。図１において、二点鎖線で囲んだ部分は図６の従来例と同じ系統であり、本発明の特徴部分は図中の符号１乃至５で示す部分である。以下にこれらの特徴について詳しく説明する。
【００２０】
図１において、従来の制御部分について再度説明すると、負荷制御信号発生器２１からの信号は、パイロットノズル信号発生器２２及びメインノズル信号発生器２３−１，２３−２にそれぞれ直接入力し、それら各信号発生器からの信号により各制御弁２４，２５−Ａ，２５−Ｂを制御する所謂負荷パラメータのみの制御であった。そのため燃焼器の経年劣化、環境変化等による内圧変動、ＮＯx 値の変化に対し追従できなかった。
【００２１】
拡散ノズルと予混合ノズルを併用しているガスタービンでは、図８で説明したように、パイロット比を上げると内圧変動は低下するが、ＮＯx が上昇する。又、パイロット比を下げるとＮＯx は低下するが、内圧変動が上昇する。このためパイロット比の上限はＮＯx で、下限は内圧変動で制限されることになる。そのためＰ／Ｍ比率を図７に示すように負荷見合いで設定していた。
【００２２】
大気環境変化、材料劣化、燃焼器性能劣化、燃料成分変化等が発生した場合、以前に決めたパイロット比がＮＯx 、内圧変動のそれぞれの制限値内に入って最適ポイントになるとは限らない。そこで本発明の実施の形態では、内圧変動とＮＯx をそれぞれ検出し、これらの信号により対流する負荷に対してＮＯx で制限を受ける上限と、内圧変動で決まる下限の範囲内で適正なパイロット比となるように補正信号を出力し、調整するものである。
【００２３】
次に、図１に戻り、本発明の実施の形態での特徴を説明する。燃焼器の内圧変動モニタ２で内圧変動を検出し、更にＮＯx モニタ３でＮＯx 値を検出し、これら両信号を演算装置１に入力する。演算装置１では、負荷制御信号２１も入力し、図２に示すように、入力した負荷信号に対してＮＯx の上限以下で、かつ内圧変動信号に対しては内圧変動下限以上となるような範囲にパイロット比を設定する補正信号４を出力する。
【００２４】
この補正信号４は加算器５に入力され、パイロットノズル信号発生器２２で設定されたパイロットノズルの信号に加算され、これを補正し、変動後のＰ／Ｍ比が図２に示すように斜線で示す適正範囲となるように調整する。図２はＰ／Ｍ比対負荷の関係図でありＰ／Ｍ比を制御する三つの要素である負荷、内圧変動及びＮＯｘをパラメータに取ってあり三要素で定まる上限、下限の制御範囲の斜線内の変化に対し前述のように自動的にＰ／Ｍ比を決定する。
【００２５】
図３は演算装置１の内部の処理を示すフローチャートであり、ＮＯx センサからの信号はＮＯX モニタ３に入り、現在のＮＯx 値が得られる。内圧変動センサからの信号は内圧変動モニタ２に入り、現在の内圧変動値が得られる。これらのＮＯx 値、内圧変動値は現在の負荷信号での基準ＮＯX 値、基準内圧変動値と比較され、Ｓ１０，Ｓ１３でチェックされる。ＮＯX 値が基準ＮＯX 値より小さければ、Ｓ１１でその状態を保持する信号（補正値「０」）を発生し、ＮＯX が基準ＮＯX 値より高ければＳ１２でパイロット比減信号を発生する。
【００２６】
又、内圧変動が基準内圧変動値より小さければＳ１４でその状態を保持する信号（補正値「０」）を発生し、内圧変動が基準内圧変動値より高ければＳ１５でパイロット比増信号を発生する。これらの信号は加算器５に入り（補正信号４として）パイロットノズル信号発生器２２の信号に加算される。リミッター６でこの信号は図２に示すＮＯX で定まる上限、内圧変動で定まる下限内でパイロットノズル制御弁９の開度調整が行なわれる。
【００２７】
以上、説明の実施の形態では内圧変動モニタ２とＮＯx モニタ３により内圧変動とＮＯx を検出し、演算装置１でパイロットノズル発生器の信号を補正する信号を出力し、パイロット比を補正するようにしたので、従来の負荷のパラメータのみで制御方式よりも確実に、内圧変動許容値内で最適低ＮＯx での運転を可能とし、パイロット比が自動的に調整される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、ガスタービンのパイロット比自動調整装置において、燃焼器の内圧変動を検出する内圧変動検出装置と、ＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出装置と、前記内圧変動検出装置から内圧変動値の信号、前記ＮＯｘ検出装置からＮＯｘ値の信号及び前記負荷信号を入力し、前記負荷信号での基準ＮＯｘ値及び基準内圧変動値と比較して、前記負荷において内圧変動許容範囲内でＮＯｘを低く設定できるパイロットノズル比率となるように補正信号を出力する演算装置とを備えたことを特徴とし、更には、前記パイロットノズルの燃料の比率に前記補正信号を加算する加算器を備えたことを特徴としているので次のような効果を奏する。
【００２９】
（１）内圧変動許容値内での最適低ＮＯx 化運転を可能にする。
（２）定検後の立上げ時のＰ／Ｍ比調整を必要とせずその確認のみとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るパイロット比自動調整装置の制御系統図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るパイロット比自動調整装置のパイロット比の調整範囲を示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係るパイロット比自動調整装置の演算装置内部のフローチャートである。
【図４】本発明の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の作用を説明する図である。
【図６】従来のパイロット比調整装置の制御系統図である。
【図７】従来のパイロット比と負荷との関係を示す図である。
【図８】従来のガスタービン燃焼器のパイロット比とＮＯx 、内圧変動との関係を示す図である。
【図９】ガスタービンの燃焼器を示し、（ａ）は内部の概略断面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１      演算装置
２      内圧変動モニタ
３      ＮＯx モニタ
４      補正信号
５      加算器
２１    負荷制御信号発生器
２２    パイロットノズル信号発生器
２３−１，２３−２          メインノズル信号発生器
２４，２５−Ａ，２５−Ｂ    制御弁
【図１】
0003771677.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003771677.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003771677.tif 000008
【図８】
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【図９】
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