JP2000291448A - Gas turbine combustion apparatus and flame backflow detection method thereof - Google Patents

Gas turbine combustion apparatus and flame backflow detection method thereof

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JP2000291448A JP11094854A JP9485499A JP2000291448A JP 2000291448 A JP2000291448 A JP 2000291448A JP 11094854 A JP11094854 A JP 11094854A JP 9485499 A JP9485499 A JP 9485499A JP 2000291448 A JP2000291448 A JP 2000291448A
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義隆 平田
Masaya Otsuka
雅哉 大塚
Tomoya Murota
知也 室田
Shigeyoshi Kobayashi
成嘉 小林
Hiroshi Inoue
洋 井上
Bunji Moriwaki
文治 森脇
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Abstract

(57)【要約】 【課題】バーナに火炎が逆流したことが瞬時に検出さ
れ、予混合バーナの焼損を充分防止することが可能なガ
スタービン燃焼装置を提供する。 【解決手段】燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼バ
ーナと、この拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料
供給系と、前記拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混
合燃焼バーナと、この予混合燃焼バーナに燃料を供給す
る予混合燃料供給系とを備えているガスタービン燃焼装
置において、前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する
圧力検出装置19と、この圧力検出装置の出力信号に基
づきバーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆
流判別装置21と、この火炎逆流判定装置の判別出力信
号に基づいて前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系
の供給流量を制御する燃料制御装置22とを設けるよう
にした。
(57) Abstract: Provided is a gas turbine combustion device capable of instantaneously detecting a backflow of a flame to a burner and sufficiently preventing burnout of a premixed burner. The diffusion combustion burner is disposed at the axial center of a combustion chamber, a diffusion fuel supply system for supplying fuel to the diffusion combustion burner, and a premix combustion burner disposed around the diffusion combustion burner. In a gas turbine combustion system having a premixed fuel supply system for supplying fuel to the premixed combustion burner, a pressure detection device 19 for detecting a pressure inside the combustor, and an output of the pressure detection device, A flame backflow judging device 21 for judging that the flame has flown back into the burner based on the signal, and a supply flow rate of the diffusion fuel supply system and the premixed fuel supply system is controlled based on a judgment output signal of the flame backflow judgment device. The fuel control device 22 is provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン燃焼
装置およびその火炎逆流検出方法に係わり、特に燃焼室
の軸中心部に拡散燃焼バーナが配置され、かつその周囲
に予混合燃焼バーナが配置されているガスタービン燃焼
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustion apparatus and a method for detecting a flame backflow, and more particularly to a gas turbine combustion apparatus, in which a diffusion combustion burner is arranged at the axial center of a combustion chamber, and a premix combustion burner is arranged around the diffusion combustion burner. The present invention relates to a gas turbine combustion device.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、発電用ガスタービン燃焼装置の
多くは燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式と、低NOx化
に有効な予混合燃焼方式の混焼方式で構成され、高負荷
運転時には予混合燃焼割合を高くするようにして、すな
わち全予混合燃焼あるいはそれに近い状態で低NOx化
を図るようにしているのが普通である。
2. Description of the Related Art In general, most gas turbine combustion devices for power generation are composed of a mixed combustion system of a diffusion combustion system having excellent combustion stability and a premix combustion system effective for reducing NOx. It is common practice to increase the combustion ratio, that is, to reduce NOx in all premixed combustion or in a state close to it.

【0003】一方、このような燃焼を行うように構成さ
れたガスタービン燃焼器において、予混合バーナ(予混
合燃焼バーナ)においては、バーナ内部に火炎が逆流す
る、いわゆる火炎戻り現象が生じ易い。この火炎戻り現
象は何らかの原因で予混合火炎が不安定になったり、予
混合バーナの燃空比(=燃料流量/空気流量)が高くな
った場合などに発生する現象で、予混合バーナ内に火炎
が逆流すると、数秒間で予混合バーナは焼損し、そして
焼損した部品によって下流のガスタービン翼が損傷する
などの重大な事故となる。
On the other hand, in a gas turbine combustor configured to perform such combustion, in a premixed burner (premixed combustion burner), a so-called flame return phenomenon in which a flame flows backward inside the burner easily occurs. This flame return phenomenon occurs when the premixed flame becomes unstable for some reason or when the fuel / air ratio (= fuel flow rate / air flow rate) of the premixed burner increases. If the flame regurgitates, the premix burner will burn in a matter of seconds and the burned parts will cause serious damage, such as damage to downstream gas turbine blades.

【0004】このため従来においては、火炎を保持する
保炎構成を種々工夫し、火炎の安定性を向上させたり、
また予混合バーナの燃空比を適正化する装置を設けたり
して火炎戻りを防止するようにしてきた。
[0004] For this reason, conventionally, various measures have been devised for a flame holding structure for holding a flame to improve the stability of the flame,
Further, a device for optimizing the fuel-air ratio of the premix burner has been provided to prevent the flame from returning.

【0005】しかしながら、燃料供給系や空気供給系の
誤動作などによって燃焼異常が発生し、予混合バーナに
火炎が逆流することが考えられるため、予混合バーナの
火炎戻りを検出する技術が必要である。従来一般に採用
されている予混合バーナの火炎戻りを検出する技術の一
つとして、予混合バーナに熱電対を設置し予混合バーナ
のメタル温度を検出して火炎戻りを判定し、この信号に
よって燃料供給系を制御して予混合バーナの焼損を防止
するようにしたものがある。
However, it is conceivable that abnormal combustion may occur due to malfunction of the fuel supply system or air supply system, and the flame may flow back to the premix burner. Therefore, a technique for detecting the flame return of the premix burner is required. . As one of the conventional techniques for detecting the flame return of the premix burner, a thermocouple is installed in the premix burner, the metal temperature of the premix burner is detected, and the flame return is determined. There is one in which a supply system is controlled to prevent burnout of a premix burner.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
火炎戻り検出装置を備えたガスタービン燃焼器である
と、予混合バーナに設置した熱電対の信号を監視するこ
とによって火炎戻りを検出することが可能ではあるが、
しかしこのものには次のような問題点を有していること
が、この度の綿密な実験の結果明らかとなったのであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In a gas turbine combustor provided with a flame return detector configured as described above, flame return is detected by monitoring a signal of a thermocouple installed in a premix burner. Although it is possible,
However, as a result of the close experiment, it has become clear that this has the following problems.

【0007】すなわち、この従来の火炎戻り検出装置あ
るいは検出方法では、前述したように予混合バーナに設
置した熱電対によって予混合バーナのメタル温度を検出
し火炎戻りを判定するものであるが、通常、熱電対は予
混合バーナ内部の気流を乱さないように、流路壁面や予
混合バーナの出口部に設けた保炎器内部に埋め込まれる
場合が多い。このため、予混合バーナに火炎が逆流して
から熱電対が温度上昇を開始するまでに時間を要し、熱
容量の小さな構造物は熱電対が火炎戻り判定温度に到達
する前に焼損を開始してしまう恐れがあると云うことで
ある。
That is, in the conventional flame return detection device or method, as described above, the metal temperature of the premix burner is detected by the thermocouple installed in the premix burner, and the flame return is determined. In many cases, the thermocouple is embedded in a flame stabilizer provided at the flow path wall surface or at the outlet of the premix burner so as not to disturb the air flow inside the premix burner. For this reason, it takes time before the thermocouple starts to rise in temperature after the flame flows back into the premix burner, and the structure with a small heat capacity starts burning before the thermocouple reaches the flame return judgment temperature. That is, there is a danger that

【0008】また、高負荷運転時に予混合燃焼割合を高
くするように設計された燃焼器では、低負荷運転時にお
ける未燃分発生を抑制するため、予混合バーナを複数の
セクタに分割し負荷に応じて燃焼するセクタの数を制御
する方法が採用されているが、このような燃焼器の場
合、従来技術ではセクタ毎に熱電対を設置しなければな
らず、数多くの熱電対を必要とするばかりか、火炎戻り
検出手段が複雑になり、さらに、熱電対等の保守点検に
多くの時間および費用が費やされるなどの課題があっ
た。
In a combustor designed to increase the premixed combustion ratio during high-load operation, the premix burner is divided into a plurality of sectors in order to suppress the generation of unburned components during low-load operation. In the case of such a combustor, a thermocouple must be installed for each sector, and a large number of thermocouples are required in the case of such a combustor. In addition, the flame return detecting means becomes complicated, and further, maintenance and inspection of the thermocouple and the like require much time and cost.

【0009】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、火炎戻り検出部の構成が簡単で、
かつ予混合バーナに火炎が逆流したことが瞬時に検出さ
れ、かつこの検出信号によって燃焼状態を制御して予混
合バーナの焼損を充分防止することが可能なこの種のガ
スタービン燃焼装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a simple structure of a flame return detecting unit.
In addition, a gas turbine combustion device of this type is provided which can instantaneously detect that the flame has flowed back into the premix burner and control the combustion state by this detection signal to sufficiently prevent burnout of the premix burner. It is in.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、燃焼
室の軸中心部に配置された拡散燃焼バーナと、この拡散
燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料供給系と、前記拡
散バーナと同一燃焼室内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲
に配置された予混合燃焼バーナと、この予混合燃焼バー
ナに燃料を供給する予混合燃料供給系とを備えているガ
スタービン燃焼装置において、前記装置に、燃焼器内部
の圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の
出力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆
流したことを判定する火炎逆流判別装置と、この火炎逆
流判定装置の判別出力信号に基づいて前記拡散燃料供給
系及び予混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御
装置とを設けるようになし所期の目的を達成するように
したものである。
That is, the present invention provides a diffusion combustion burner disposed at the axial center of a combustion chamber, a diffusion fuel supply system for supplying fuel to the diffusion combustion burner, and the same combustion as the diffusion burner. A gas turbine combustion device comprising: a premixed combustion burner disposed indoors and around a diffusion combustion burner; and a premixed fuel supply system for supplying fuel to the premixed combustion burner. A pressure detector for detecting the pressure inside the vessel, a flame backflow discriminator for judging that the flame has flown back into the premixed combustion burner based on an output signal of the pressure detector, and a discrimination output of the flame backflow discriminator. A fuel control device for controlling the supply flow rates of the diffusion fuel supply system and the premixed fuel supply system based on signals is provided to achieve the intended purpose.

【0011】またこの場合、前記圧力検出装置が検出す
る燃焼器内部圧力は、前記予混合燃焼バーナの内部また
は燃焼室部の絶対圧、または予混合燃焼バーナの異なる
2点間の差圧、または燃焼室の異なる2点間の差圧とし
たものである。
In this case, the internal pressure of the combustor detected by the pressure detecting device may be an absolute pressure in the premixed combustion burner or in the combustion chamber, a differential pressure between two different points of the premixed combustion burner, or This is a pressure difference between two different points in the combustion chamber.

【0012】また本発明は、燃焼室の軸中心部に配置さ
れた拡散燃焼バーナと、この拡散燃焼バーナに燃料を供
給する拡散燃料供給系と、前記拡散バーナと同一燃焼室
内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃
焼バーナと、この予混合燃焼バーナに燃料を供給する予
混合燃料供給系と、前記バーナに空気圧縮機からの燃焼
用圧縮空気を供給する空気供給系とを備えているガスタ
ービン燃焼装置において、前記装置に、燃焼器内部の圧
力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の出力
信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流し
たことを判定する火炎逆流判別装置と、この火炎逆流判
定装置の判別出力信号に基づいて前記拡散燃料供給系及
び予混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御装置
とを設けるようにしたものである。
Further, the present invention provides a diffusion combustion burner disposed at the axial center of a combustion chamber, a diffusion fuel supply system for supplying fuel to the diffusion combustion burner, and a diffusion combustion burner in the same combustion chamber as the diffusion burner. A premixed combustion burner disposed around the burner, a premixed fuel supply system for supplying fuel to the premixed combustion burner, and an air supply system for supplying compressed air for combustion from an air compressor to the burner. In the gas turbine combustion device provided, a pressure detection device for detecting a pressure inside the combustor and a determination that the flame has flowed back into the premixed combustion burner based on an output signal of the pressure detection device. A flame backflow discriminating device and a fuel control device for controlling supply flow rates of the diffusion fuel supply system and the premixed fuel supply system based on a discrimination output signal of the flame backflow discriminating device are provided. Those were.

【0013】またこの場合、前記圧力検出装置が検出す
る燃焼器内部圧力は、前記予混合燃焼バーナの内部また
は燃焼室部の絶対圧、または前記空気供給系の空気流路
部または予混合燃焼バーナ内部または燃焼室部の変動
圧、または前記空気供給系の空気流路部と燃焼室部の差
圧または予混合燃焼バーナと燃焼室部の差圧または空気
圧縮機出口部と燃焼室部の差圧または隣接する燃焼器の
燃焼室間の差圧、または、予混合燃焼バーナの異なる2
点間の差圧または燃焼室の異なる2点間の差圧としたも
のである。
In this case, the internal pressure of the combustor detected by the pressure detecting device may be the absolute pressure of the inside of the premixed combustion burner or the combustion chamber, or the air flow path of the air supply system or the premixed combustion burner. Fluctuating pressure inside or in the combustion chamber, or differential pressure between the air flow path and the combustion chamber of the air supply system, or differential pressure between the premixed combustion burner and the combustion chamber, or the difference between the air compressor outlet and the combustion chamber. Pressure or the differential pressure between the combustion chambers of adjacent combustors, or two different premixed combustion burners.
It is the differential pressure between points or the differential pressure between two different points in the combustion chamber.

【0014】またこの場合、前記判断装置の判断を、前
記圧力検出装置からの圧力情報とガスタービンの運転情
報の両者から判断するようにしたものである。
In this case, the determination by the determination device is made based on both the pressure information from the pressure detection device and the operation information of the gas turbine.

【0015】また本発明は、燃焼室の軸中心部に配置さ
れた拡散燃焼バーナと、この拡散燃焼バーナに燃料を供
給する拡散燃料供給系と、前記拡散バーナと同一燃焼室
内で、かつ拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃
焼バーナと、この予混合燃焼バーナに燃料を供給する予
混合燃料供給系とを備えているガスタービン燃焼装置の
火炎逆流検出方法において、前記装置に、燃焼器内部の
圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の出
力信号に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流
したことを判定する火炎逆流判別装置とを設け、前記圧
力検出装置からの絶対圧、変動圧、差圧などの物理量
に、それぞれ火炎戻り判定基準値を設定し、各物理量の
値が前記判定基準値を越えた時刻を基準に、前後ある一
定時間の物理量の平均値を求め、この平均値を比較して
火炎逆流を判別するようにしたものである。
Also, the present invention provides a diffusion combustion burner disposed at the axial center of a combustion chamber, a diffusion fuel supply system for supplying fuel to the diffusion combustion burner, and a diffusion combustion burner in the same combustion chamber as the diffusion burner. In a method for detecting a flame backflow of a gas turbine combustion device comprising a premixed combustion burner disposed around a burner and a premixed fuel supply system for supplying fuel to the premixed combustion burner, the device includes a combustor A pressure detection device for detecting the internal pressure; and a flame backflow determination device for determining that the flame has flown back into the premixed combustion burner based on an output signal of the pressure detection device. A flame return determination reference value is set for each of the physical quantities such as the pressure, the fluctuation pressure, and the differential pressure. Determined value, is obtained so as to determine the flame backflow by comparing the average value.

【0016】すなわちこのように形成されたガスタービ
ン燃焼装置であると、燃焼装置に、燃焼器内部の圧力を
検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置の出力信号
に基づき前記予混合燃焼バーナ内部に火炎が逆流したこ
とを判定する火炎逆流判別装置と、この火炎逆流判定装
置の判別出力信号に基づいて前記拡散燃料供給系及び予
混合燃料供給系の供給流量を制御する燃料制御装置とが
設けられることから、火炎戻り判別が圧力変化検出によ
り行われるので、火炎の逆流は瞬時に検出され、かつそ
の火炎戻り検出部の構成は簡単である。また予混合器へ
の火炎戻りが瞬時に判定されることから、拡散燃料供給
系および予混合燃料供給系が早期に制御され、予混合器
の焼損を充分防止することが可能となるのである。
That is, in the gas turbine combustion device formed as described above, the combustion device includes a pressure detection device for detecting a pressure inside the combustor, and an internal pressure of the premixed combustion burner based on an output signal of the pressure detection device. And a fuel control device that controls the supply flow rates of the diffusion fuel supply system and the premixed fuel supply system based on a determination output signal of the flame backflow determination device. Therefore, since the flame return determination is performed by detecting the pressure change, the backflow of the flame is detected instantaneously, and the configuration of the flame return detection unit is simple. Further, since the flame return to the premixer is determined instantaneously, the diffusion fuel supply system and the premix fuel supply system are controlled at an early stage, so that the burnout of the premixer can be sufficiently prevented.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図1にはそのガスタービン燃焼
装置を備えたガスタービンプラントの要部が線図で示さ
れている。1がガスタービンであり、2が圧縮機、3が
燃焼器である。なお、7は発電機、16は拡散燃料供給
系、17は予混合燃料供給系、19は圧力検出器であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a diagram showing a main portion of a gas turbine plant provided with the gas turbine combustion device. 1 is a gas turbine, 2 is a compressor, and 3 is a combustor. In addition, 7 is a generator, 16 is a diffusion fuel supply system, 17 is a premixed fuel supply system, and 19 is a pressure detector.

【0018】このガスタービンプラントは、主としてガ
スタービン1と、ガスタービン1に連結され、燃焼用の
圧縮空気を得る圧縮機2と、燃焼器3などにより構成さ
れている。圧縮機2より吐出された圧縮空気は、燃焼器
3に導かれ燃焼器内筒4の内部に形成されている燃焼室
5で燃料とともに燃焼する。燃焼によって生成された燃
焼ガスは、トランジションピース6を経てガスタービン
1に噴射されガスタービン1を駆動し、ガスタービンに
連結されている発電機7によって発電するように構成さ
れている。
This gas turbine plant mainly comprises a gas turbine 1, a compressor 2 connected to the gas turbine 1 to obtain compressed air for combustion, a combustor 3, and the like. The compressed air discharged from the compressor 2 is guided to the combustor 3 and burns together with fuel in a combustion chamber 5 formed inside the combustor inner cylinder 4. The combustion gas generated by the combustion is injected into the gas turbine 1 via the transition piece 6, drives the gas turbine 1, and is configured to generate power by the generator 7 connected to the gas turbine.

【0019】燃焼器3の主な構成は燃料供給系および空
気供給系よりなり、これらが外筒8およびエンドカバー
9で密閉された圧力容器10に装着されている。燃焼器
内筒4の上流位置には内筒4より径の小さな副室11が
設けられ、この副室11の上流位置には、拡散燃料ノズ
ル12が設置され、また、副室11の外周位置には予混
合器13が設置されている。
The main structure of the combustor 3 is composed of a fuel supply system and an air supply system, which are mounted on a pressure vessel 10 hermetically closed by an outer cylinder 8 and an end cover 9. An auxiliary chamber 11 having a smaller diameter than the inner cylinder 4 is provided at an upstream position of the combustor inner cylinder 4, a diffusion fuel nozzle 12 is installed at an upstream position of the sub chamber 11, and an outer circumferential position of the sub chamber 11 is provided. Is provided with a premixer 13.

【0020】予混合器13の上流位置には、予混合燃料
ノズル14が、また下流位置には予混合火炎の安定性を
図る保炎器15が設置されている。拡散燃料ノズル12
には拡散燃料流量を制御する拡散燃料供給系16が、予
混合燃料ノズル14には予混合燃料流量を制御する予混
合燃料供給系17が配置されている。
At an upstream position of the premixer 13, a premixed fuel nozzle 14 is installed, and at a downstream position, a flame stabilizer 15 for stabilizing the premixed flame is installed. Diffusion fuel nozzle 12
A pre-mixed fuel supply system 16 for controlling the pre-mixed fuel flow rate is disposed in the pre-mixed fuel nozzle 14, and a pre-mixed fuel supply system 17 for controlling the pre-mixed fuel flow rate.

【0021】本発明による第一の実施例では、外筒8に
燃焼室5の圧力を検出する圧力導管18および圧力検出
器19を設置し、圧力検出器19からの燃焼室圧力情報
と、ガスタービン運転制御装置20からのガスタービン
運転情報を基に、予混合器13に火炎が逆流したことを
判定する判定器21を設置するとともに、判定器21の
出力信号に基づいて拡散燃料供給系16および予混合燃
料供給系17に流れる燃料流量を制御する燃料制御装置
22を設置したものである。
In the first embodiment according to the present invention, a pressure conduit 18 and a pressure detector 19 for detecting the pressure of the combustion chamber 5 are installed in the outer cylinder 8, and the pressure information of the combustion chamber from the pressure detector 19 and the gas Based on the gas turbine operation information from the turbine operation control device 20, a judging device 21 for judging that the flame has flowed back to the premixer 13 is installed, and the diffusion fuel supply system 16 And a fuel control device 22 for controlling the flow rate of fuel flowing to the premixed fuel supply system 17.

【0022】本発明を適用するようなガスタービン燃焼
器の運転方法は、ガスタービンの起動から低負荷領域
は、燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式で運転し、高負荷
領域では予混合燃焼の燃焼比率を高くしたり、拡散燃料
を遮断して全予混合運転を行い低NOx化を図ってい
る。しかしながら、予混合燃焼比率を高くすると予混合
器13の燃空比(=燃料流量/空気流量)が高くなり、
燃焼室内部の圧力が周期的に変動する燃焼振動が発生し
たり、予混合器13に火炎が逆流する火炎戻り現象が発
生し易くなることが考えられる。
The operation method of the gas turbine combustor to which the present invention is applied is such that the gas turbine combustor is operated in a diffusion combustion mode having excellent combustion stability in a low load region from the start of the gas turbine, and is operated in a premix combustion in a high load region. The combustion ratio is increased or the diffusion fuel is shut off to perform a full premix operation to reduce NOx. However, when the premix combustion ratio is increased, the fuel-air ratio (= fuel flow rate / air flow rate) of the premixer 13 increases,
It is conceivable that combustion oscillation in which the pressure inside the combustion chamber periodically fluctuates or a flame return phenomenon in which the flame flows back into the premixer 13 is likely to occur.

【0023】図2は予混合器に火炎戻りが発生した時の
燃焼室の圧力挙動を模式的に示したものである。予混合
器内部に火炎が逆流すると、予混合器内部において温度
上昇により流速が増加し、これに伴う燃焼損失が大きく
なるため、予混合器に流入する空気流量は減少し、その
結果、燃焼室の圧力は図2に示されているように低下
(圧力C)する。さらに、予混合器に流入する空気流量
は減少するが、予混合器に供給される燃料流量の減少割
合は空気流量よりも小さいため予混合器内部の燃空比は
上昇し、これによって燃焼損失も大きくなるため予混合
器に流入する空気流量はさらに減少し燃焼室の圧力も低
下することになる。
FIG. 2 schematically shows the pressure behavior of the combustion chamber when a flame return occurs in the premixer. When the flame flows back inside the premixer, the flow velocity increases due to the temperature rise inside the premixer, and the combustion loss accompanying this increases, so that the air flow rate flowing into the premixer decreases, and as a result, the combustion chamber Is reduced (pressure C) as shown in FIG. Further, although the flow rate of the air flowing into the premixer decreases, the decreasing rate of the fuel flow rate supplied to the premixer is smaller than the air flow rate, so that the fuel-air ratio inside the premixer increases, thereby causing a combustion loss. Therefore, the flow rate of the air flowing into the premixer further decreases, and the pressure in the combustion chamber also decreases.

【0024】また、燃焼室の圧力が周期的に変動する燃
焼振動は、燃焼室の気柱共鳴周波数と火炎の変動周期が
接近すると発生し、燃焼振動の周波数や振幅は火炎が形
成される位置や火炎の長さなどに強い関係がある。した
がって、予混合器に火炎が逆流すると燃焼振動は、例え
ば、圧力振幅Aで変動していたものが、圧力振幅Bのよ
うに変化する場合がある。
The combustion oscillation in which the pressure in the combustion chamber periodically fluctuates occurs when the air column resonance frequency of the combustion chamber and the fluctuation cycle of the flame approach each other, and the frequency and amplitude of the combustion oscillation depend on the position where the flame is formed. And the length of the flame. Therefore, when the flame flows back into the premixer, the combustion oscillation may change from the pressure amplitude A to the pressure amplitude B, for example, when the flame fluctuates at the pressure amplitude A.

【0025】本実施例は予混合器13に火炎が逆流した
際に生じる燃焼室5の圧力低下および燃焼振動振幅の変
化を圧力検出器19で検出して火炎戻りを判定するもの
である。
In the present embodiment, the flame return is determined by detecting the pressure drop of the combustion chamber 5 and the change in the amplitude of the combustion oscillation caused by the backflow of the flame into the premixer 13 by the pressure detector 19.

【0026】ここで、燃焼室の圧力低下で火炎戻りを判
定する方法について説明する。火炎戻りによって低下す
る圧力Cが、予め定められた基準値より大きい場合火炎
戻りと判定するが、燃焼振動などが発生している場合、
燃焼振動の変動で基準値を越える場合も考えられる。こ
のため、火炎戻りを判定した時刻を基準に、前後数秒間
の圧力の平均値を比較して、この値で火炎戻りを判定す
ることが判定精度を上げるのに有効である。
Here, a method for determining the return of the flame based on the pressure drop of the combustion chamber will be described. When the pressure C reduced by the flame return is larger than a predetermined reference value, it is determined that the flame has returned. However, when combustion vibration or the like has occurred,
It is also conceivable that the reference value is exceeded due to fluctuations in combustion oscillation. Therefore, comparing the average value of the pressures for several seconds before and after with reference to the time when the flame return is determined, and determining the flame return based on this value is effective in increasing the determination accuracy.

【0027】また、燃焼振動の振幅値で火炎戻りを判定
する方法は次のようになる。すなわち、火炎戻りによる
燃焼振動挙動の変化は、燃焼器や燃焼条件によって異な
ることが考えられるため、火炎戻り時の燃焼振動挙動を
予め把握し、その特性を考慮して判定基準を設ける必要
がある。図2には、火炎戻りによって燃焼振動の振幅値
が小さくなった例を示したが、この例では、振幅Aの変
化が基準値を越えたときに火炎戻りと判定する。また、
判定精度をあげるため、火炎戻りを判定した時刻を基準
に、前後数秒間の振幅の平均値を比較し火炎戻りを判定
する。
The method of determining the return of the flame based on the amplitude value of the combustion oscillation is as follows. That is, since the change of the combustion oscillation behavior due to the flame return is considered to be different depending on the combustor and the combustion condition, it is necessary to grasp the combustion oscillation behavior at the time of the flame return in advance, and provide a criterion in consideration of the characteristics. . FIG. 2 shows an example in which the amplitude value of the combustion oscillation is reduced by the flame return. In this example, when the change in the amplitude A exceeds the reference value, it is determined that the flame has returned. Also,
In order to improve the determination accuracy, the return of the flame is determined by comparing the average values of the amplitudes for several seconds before and after based on the time when the return of the flame is determined.

【0028】さらに、燃焼室の圧力や燃焼振動は、燃料
流量や空気流量等が変化すると変動するため火炎戻りの
判定には、圧力検出器19の燃焼室圧力情報に加えガス
タービン運転制御装置20からの燃料流量や空気流量等
のガスタービン運転情報を基に判定器21で判定する。
これらの情報によって予混合器13に火炎戻りが発生し
たと確認された場合、瞬時に燃料制御装置22によって
拡散燃料供給系16および予混合燃料供給系17に流れ
る燃料流量を制御し、予混合器13の焼損を防止するも
のである。
Further, since the pressure and combustion vibration of the combustion chamber fluctuate when the fuel flow rate or air flow rate changes, the determination of the flame return requires the gas turbine operation control device 20 in addition to the combustion chamber pressure information of the pressure detector 19. The determination is performed by the determiner 21 on the basis of the gas turbine operation information such as the fuel flow rate and the air flow rate.
When it is confirmed from these information that a flame return has occurred in the premixer 13, the fuel control device 22 instantaneously controls the flow rate of fuel flowing through the diffusion fuel supply system 16 and the premix fuel supply system 17, and 13 to prevent burning.

【0029】予混合器13の火炎戻り時に発生する燃焼
室5の圧力低下は、火炎戻りと同時に発生し、これを検
出する圧力検出器19も従来技術の熱電対による検出方
法に比較して応答性が速い。このため、火炎戻りを瞬時
に判定し燃料流量を制御することが可能なため、熱容量
の小さな構造物も焼損を防止することが可能である。
The pressure drop in the combustion chamber 5 that occurs when the premixer 13 returns to the flame occurs simultaneously with the return of the flame, and the pressure detector 19 that detects the pressure drop responds as compared with the conventional detection method using a thermocouple. Quickness. For this reason, since it is possible to instantaneously determine the return of the flame and control the fuel flow rate, it is possible to prevent a structure having a small heat capacity from burning out.

【0030】さらに、熱電対による検出方法の場合、熱
電対を設置した部分のメタル温度が上昇しなければ火炎
戻りを検出することが不可能で、例えば、熱電対を設置
していない予混合器のある部分に火炎戻りが発生しても
火炎戻りを検出することは不可能である。しかし、本実
施例のように燃焼室5の圧力挙動を検出して火炎戻りを
検出する場合、予混合器の一部に火炎戻りが発生しても
その影響を受け燃焼室5の圧力が変動するため容易に火
炎戻りを検出することが可能となる。
Further, in the case of the detection method using a thermocouple, it is impossible to detect the flame return unless the metal temperature of the portion where the thermocouple is installed rises. For example, a premixer without the thermocouple is installed. It is impossible to detect a flame return even if a flame return occurs in a certain portion. However, when flame return is detected by detecting the pressure behavior of the combustion chamber 5 as in the present embodiment, even if a flame return occurs in a part of the premixer, the pressure of the combustion chamber 5 fluctuates due to the influence. Therefore, it is possible to easily detect the flame return.

【0031】また、本実施例では燃焼室5の圧力低下お
よび燃焼振動振幅の変化を圧力検出器19で検出して火
炎戻りを判定する方法を述べたが、火炎戻りの検出は燃
焼室5の圧力低下とガスタービン運転情報から判断する
ことも可能である。
In this embodiment, the method of detecting the flame return by detecting the pressure drop of the combustion chamber 5 and the change of the amplitude of the combustion oscillation by the pressure detector 19 has been described. It is also possible to judge from the pressure drop and the gas turbine operation information.

【0032】次に本発明による第二の実施例を図3を用
いて説明する。第二の実施例の基本構成部品は、第一の
実施例と同様であり、外筒8に予混合器13の上流側の
圧力を検出する圧力導管23を設置し、燃焼室5の圧力
を検出する圧力導管18との差圧を検出する差圧計24
を設けたものである。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The basic components of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and a pressure conduit 23 for detecting the pressure on the upstream side of the premixer 13 is installed in the outer cylinder 8 to reduce the pressure of the combustion chamber 5. A differential pressure gauge 24 for detecting a differential pressure with the pressure conduit 18 to be detected.
Is provided.

【0033】本発明を適用するガスタービン燃焼器の高
負荷領域における燃焼室5の圧力は、数十気圧となり予
混合器13が火炎戻りした時に低下する圧力Cに比較し
て非常に高くなる。したがって、燃焼室5の圧力を検出
する測定レンジの大きな圧力変換器19で火炎戻り時の
圧力低下を検出するためには、検出精度の向上が必要と
なる。
The pressure in the combustion chamber 5 in the high load region of the gas turbine combustor to which the present invention is applied is several tens of atmospheres, which is much higher than the pressure C which decreases when the premixer 13 returns to the flame. Therefore, in order to detect the pressure drop at the time of flame return by the pressure transducer 19 having a large measurement range for detecting the pressure of the combustion chamber 5, the detection accuracy needs to be improved.

【0034】第二の実施例はこの課題を解決するもの
で、火炎戻り時の圧力低下を燃焼室5と予混合器13の
上流側の差圧で検出するように構成したものである。前
述したように予混合器13に火炎戻りが発生すると、予
混合器13の圧力損失が大きくなり、予混合器13に空
気が流入しにくくなるため、燃焼室5の圧力は低下す
る。一方、予混合器13の上流側の圧力にはこの影響が
波及しにくいため、火炎戻りの前後で圧力の変化はほと
んどない。したがって、予混合器13に火炎戻りした時
に生じる燃焼室5と予混合器13の上流側の差圧は大き
くなり検出精度が向上する。これにより、判定器21の
火炎戻りを判定する正確さが向上するため、火炎戻りに
よる予混合器13の焼損を防止することが可能になる。
The second embodiment solves this problem, and is configured to detect a pressure drop at the time of flame return by a differential pressure between the combustion chamber 5 and the upstream side of the premixer 13. As described above, when the flame returns to the premixer 13, the pressure loss of the premixer 13 increases, and it becomes difficult for air to flow into the premixer 13, so that the pressure in the combustion chamber 5 decreases. On the other hand, since the influence hardly spreads to the pressure on the upstream side of the premixer 13, the pressure hardly changes before and after the flame return. Therefore, the pressure difference between the combustion chamber 5 and the upstream side of the premixer 13 that occurs when the flame returns to the premixer 13 is increased, and the detection accuracy is improved. Accordingly, the accuracy of the determination unit 21 for determining the return of the flame is improved, so that the burnout of the premixer 13 due to the return of the flame can be prevented.

【0035】また、本実施例では、燃焼室5の圧力を検
出する圧力導管18の先端に周波数応答性に優れた変動
圧計25を設置したが、この変動圧計25によって燃焼
室5の燃焼振動の振幅変化を精度よく検出することが可
能なため、判別器21の火炎戻り判定精度を向上させる
ことが可能である。このため、差圧計24からの圧力情
報と変動圧計25の変動圧情報を重ね合わせて検討する
ことにより、第一の実施例と同等以上の効果が期待でき
る。
In this embodiment, a variable pressure gauge 25 having excellent frequency response is installed at the end of the pressure conduit 18 for detecting the pressure of the combustion chamber 5. Since the amplitude change can be detected with high accuracy, it is possible to improve the flame return determination accuracy of the discriminator 21. For this reason, by superimposing and examining the pressure information from the differential pressure gauge 24 and the variable pressure information from the variable pressure gauge 25, an effect equal to or greater than that of the first embodiment can be expected.

【0036】また、本実施例では燃焼室5の圧力低下を
差圧計24で、燃焼室の燃焼振動振幅の変化を変動圧計
25で検出し、これらの情報とガスタービン運転情報か
ら火炎戻りを判定する方法を述べたが、火炎戻りの検出
は、差圧計24からの圧力情報とガスタービン運転情
報、または、変動圧計25の変動圧情報とガスタービン
運転情報によって判定することも可能である。
In this embodiment, the pressure drop of the combustion chamber 5 is detected by the differential pressure gauge 24, and the change in the amplitude of the combustion vibration of the combustion chamber is detected by the variable pressure gauge 25, and the flame return is determined from the information and the gas turbine operation information. Although the method of performing the flame return has been described, it is also possible to determine the return of the flame based on the pressure information and the gas turbine operation information from the differential pressure gauge 24 or the fluctuation pressure information and the gas turbine operation information of the fluctuation pressure gauge 25.

【0037】さらに、本実施例では、予混合器13の火
炎戻りによる燃焼室5の圧力低下を、燃焼室と予混合器
の上流位置の差圧で検出したが、差圧を測定する位置は
予混合器13の内部または圧縮機出口部、さらに他の燃
焼器の燃焼室との何れかでも本発明の効果を発揮するこ
とが可能である。
Further, in this embodiment, the pressure drop in the combustion chamber 5 due to the flame return of the premixer 13 is detected by the pressure difference between the combustion chamber and the upstream position of the premixer. The effect of the present invention can be exerted in any of the inside of the premixer 13 or the compressor outlet, and the combustion chamber of another combustor.

【0038】次に、本発明による第三の実施例を図4を
用いて説明する。第三の実施例は、高負荷領域で予混合
燃焼割合を高くするように設計された燃焼器に本発明を
適用した例で、このような燃焼器では低負荷領域での未
燃分の発生を抑制するため、予混合器を複数のセクタに
分割し負荷に応じて燃焼するセクタの数を制御する方法
が採用されている。
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is an example in which the present invention is applied to a combustor designed to increase the premixed combustion ratio in a high load region. In such a combustor, generation of unburned components in a low load region is performed. In order to suppress such a problem, a method of dividing the premixer into a plurality of sectors and controlling the number of burning sectors according to the load has been adopted.

【0039】燃焼器の軸中心部には拡散燃焼を行う拡散
燃焼旋回バーナ26が、その外周位置に複数の予混合旋
回バーナ27が配置されており、拡散燃焼旋回バーナ2
6の拡散燃料ノズル28には拡散燃料供給系16が設置
され、予混合旋回バーナ27の予混合燃料ノズル29に
は予混合燃料供給系17が設置され、予混合旋回バーナ
27の出口部には旋回器30が設置されている。
A diffusion combustion swirl burner 26 for performing diffusion combustion is provided at the axial center of the combustor, and a plurality of premixing swirl burners 27 are arranged at the outer peripheral position.
6 is provided with a diffusion fuel supply system 16, a premixed fuel nozzle 29 of a premixed swirl burner 27 is provided with a premixed fuel supply system 17, and an outlet of the premixed swirl burner 27 is provided at an outlet thereof. A swivel 30 is provided.

【0040】本実施例ではこのような燃焼器の外筒8に
圧力導管31を設置したものであり、他の構成部品は第
二の実施例と同様である。圧力導管31は二重管に形成
され内周側の圧力導管は燃焼室5の圧力を、外周側の圧
力導管は予混合器13上流部の圧力を検出するように構
成されている。内周側の圧力導管は差圧計24と変動圧
計25に接続され、外周側の圧力導管は差圧計24に接
続されている。以上のように構成することによって第二
の実施例と同等の効果を得ることが可能となる。
In this embodiment, a pressure conduit 31 is provided in the outer cylinder 8 of such a combustor, and other components are the same as those in the second embodiment. The pressure conduit 31 is formed as a double pipe, and the inner peripheral pressure conduit is configured to detect the pressure in the combustion chamber 5, and the outer peripheral pressure conduit is configured to detect the pressure in the upstream portion of the premixer 13. The inner pressure pipe is connected to the differential pressure gauge 24 and the variable pressure gauge 25, and the outer pressure pipe is connected to the differential pressure gauge 24. With the configuration as described above, it is possible to obtain the same effect as in the second embodiment.

【0041】また、本実施例のような燃焼器では負荷に
応じて各セクタを順次燃焼させる運転を行うが、このよ
うな運転方法の場合、負荷上昇時にある特定のセクタで
火炎戻りが発生することが考えられる。複数に分割され
たセクタのうち一つのセクタで火炎戻りが発生した場
合、燃焼室5で発生する圧力変化量は小さいが、本実施
例のように、燃焼室5と予混合器の上流部の差圧を測定
することによって圧力挙動の測定精度を向上することが
可能なため、このような場合でも予混合器13への火炎
戻りを判定することが可能となる。
Further, in the combustor of this embodiment, the operation of sequentially burning each sector according to the load is performed. In such an operation method, flame return occurs in a specific sector when the load increases. It is possible. When the flame return occurs in one of the plurality of divided sectors, the amount of pressure change generated in the combustion chamber 5 is small, but as in this embodiment, the combustion chamber 5 and the upstream portion of the premixer are different from each other. Since the measurement accuracy of the pressure behavior can be improved by measuring the differential pressure, it is possible to determine the flame return to the premixer 13 even in such a case.

【0042】さらに、本実施例では圧力導管31が二重
構造に形成されているため、外筒8に差圧測定孔を複数
個所形成する必要がなく、圧力導管の個数も半減できる
ため測定準備や保守点検などに係る費用を低減すること
ができる。
Further, in this embodiment, since the pressure conduit 31 is formed in a double structure, it is not necessary to form a plurality of differential pressure measurement holes in the outer cylinder 8, and the number of pressure conduits can be reduced by half, so that the preparation for measurement is reduced. And costs related to maintenance and inspection can be reduced.

【0043】次に本発明による第四の実施例を図5を用
いて説明する。この実施例は第三の実施例と同様に、高
負荷領域で予合燃焼割合を高くするように設計された燃
焼器に本発明を適用した例である。第一から第三の実施
例では、パイロットバーナに燃焼安定性に優れた拡散バ
ーナを用い、メインバーナには低NOx化が図れる予混
合バーナを用いた燃焼器に本発明を適用した例を示した
が、第四の実施例は、低負荷領域でのNOxの発生を抑
制するため、パイロットバーナに拡散バーナと予混合バ
ーナを採用し、メインバーナには予混合バーナを用いた
燃焼器に本発明を適用したものである。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As in the third embodiment, this embodiment is an example in which the present invention is applied to a combustor designed to increase the pre-combustion ratio in a high load region. The first to third embodiments show an example in which the present invention is applied to a combustor using a diffusion burner excellent in combustion stability as a pilot burner and a premix burner capable of reducing NOx as a main burner. However, in the fourth embodiment, a diffusion burner and a premix burner are used for the pilot burner and a combustor using the premix burner for the main burner in order to suppress the generation of NOx in a low load region. It is an application of the invention.

【0044】燃焼器の軸中心部には拡散燃焼を行う拡散
燃焼旋回バーナ32が、その外周位置にパイロットバー
ナ用の予混合旋回バーナ33が、さらに、その外周位置
にメインバーナ用の予混合バーナ34が配置されてお
り、パイロットバーナ用の予混合旋回バーナ33の上流
位置には旋回羽根35が設置され、その下流位置に予混
合燃料ノズル36が設置され、予混合燃料ノズル36に
は予混合燃料供給系37が設置されている。
A diffusion combustion swirl burner 32 for performing diffusion combustion is provided at the axial center of the combustor, a premix swirl burner 33 for a pilot burner is provided at an outer peripheral position thereof, and a premix burner for a main burner is provided at an outer peripheral position thereof. A swirling blade 35 is installed at a position upstream of the premix swirling burner 33 for the pilot burner, and a premix fuel nozzle 36 is installed at a downstream position thereof. A fuel supply system 37 is provided.

【0045】本実施例ではこのような燃焼器の外筒8
に、第三の実施例と同様な圧力導管31を設置したもの
である。圧力導管31によって燃焼室5の圧力を検出
し、パイロットバーナ用予混合バーナ34あるいは、メ
インバーナ用予混合バーナ33の火炎戻りを検出し、予
混合燃料供給系17、37を燃料制御装置22で制御す
ることによって第三の実施例と同等の効果を得ることが
可能となる。
In this embodiment, the outer cylinder 8 of such a combustor is used.
Next, a pressure conduit 31 similar to that of the third embodiment is installed. The pressure in the combustion chamber 5 is detected by the pressure conduit 31, the flame return of the premix burner 34 for the pilot burner or the premix burner 33 for the main burner is detected, and the premix fuel supply systems 17, 37 are controlled by the fuel control device 22. By controlling, an effect equivalent to that of the third embodiment can be obtained.

【0046】また、本実施例のような燃焼器では、部分
負荷時にもパイロットバーナ用予混合バーナ34を燃焼
させるが、燃焼状態の変化の激しい部分負荷運転時に予
混合燃焼を行うと不安定燃焼などを起こしやすく、火炎
戻りが発生することも考えられるが、本実施例のよう
に、燃焼室5と予混合器の上流部の差圧を測定すること
によって圧力挙動の測定精度を向上することが可能なた
め、このような場合でもパイロットバーナ用予混合バー
ナ34の火炎戻りを判定することが可能となる。
In the combustor of this embodiment, the premix burner 34 for the pilot burner is burned even at a partial load. However, when the premix burn is performed during the partial load operation in which the combustion state changes drastically, unstable combustion occurs. Although it is conceivable that a flame return may occur due to the occurrence of a flame return, the measurement accuracy of the pressure behavior is improved by measuring the differential pressure between the combustion chamber 5 and the upstream part of the premixer as in the present embodiment. Therefore, even in such a case, it is possible to determine the flame return of the pilot burner premix burner 34.

【0047】さらに、本実施例を適用する燃焼器では高
負荷領域においてパイロットバーナ用予混合バーナ34
と、メインバーナ用予混合バーナ33の両方を燃焼させ
るが、本実施例では圧力挙動の測定精度を向上すること
が可能なため、何れかの予混合バーナに火炎戻りが発生
しても火炎戻りを判定することが可能である。
Further, in the combustor to which this embodiment is applied, in the high load region, the premix burner 34 for the pilot burner is used.
And the main burner premix burner 33 is burned. However, in this embodiment, the measurement accuracy of the pressure behavior can be improved. Therefore, even if a flame return occurs in any of the premix burners, the flame return occurs. Can be determined.

【0048】次に本発明による第五の実施例を図6を用
いて説明する。この実施例のガスタービン燃焼器の主要
構成部品は第二の実施例と同様である。本実施例では燃
焼室5の圧力を検出する圧力導管18、38を燃焼室5
の軸方向の異なる位置に設置し、燃焼室の軸方向の差圧
を差圧計24で検出するように構成したものである。
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The main components of the gas turbine combustor of this embodiment are the same as those of the second embodiment. In this embodiment, the pressure conduits 18 and 38 for detecting the pressure in the combustion chamber 5 are connected to the combustion chamber 5.
Are arranged at different positions in the axial direction, and the differential pressure in the axial direction of the combustion chamber is detected by the differential pressure gauge 24.

【0049】本実施例のように予混合器13に設置され
た保炎器15によって保持される予混合火炎39は、予
混合器13の燃空比などによって火炎の形成される位置
や火炎形状が変化し、予混合器13の燃空比が高くなる
と予混合火炎39の広がり角度が大きくなるため、予混
合火炎39が内筒4に接する位置は予混合器13に接近
するような特性が示されている。予混合器に火炎が接近
すると火炎戻りが発生し易くなることから、本実施例は
予混合火炎39の形成位置を燃焼室5の軸方向の差圧か
ら検出して、予混合器13への火炎戻りを未然に防止す
るようにしたものである。
The premixed flame 39 held by the flame stabilizer 15 installed in the premixer 13 as in the present embodiment is formed by the position where the flame is formed and the flame shape depending on the fuel-air ratio of the premixer 13 and the like. When the fuel-air ratio of the premixer 13 increases, the spread angle of the premixed flame 39 increases, so that the position where the premixed flame 39 comes into contact with the inner cylinder 4 approaches the premixer 13. It is shown. Since flame return easily occurs when the flame approaches the premixer, the present embodiment detects the position where the premixed flame 39 is formed from the pressure difference in the axial direction of the combustion chamber 5 and sends the premixed flame 39 to the premixer 13. The flame is prevented from returning.

【0050】予混合火炎39が形成される位置と差圧計
24の出力信号の関係について説明する。予混合火炎3
9が圧力導管18と38の間に形成された場合、予混合
火炎39によって温度が上昇し流速が増加するため、こ
れによって燃焼損失が増加する。このため、予混合火炎
39より上流位置に設置した圧力導管18の圧力は予混
合火炎39より下流位置に設置した圧力導管38より高
くなるため差圧が大きくなる。
The relationship between the position where the premixed flame 39 is formed and the output signal of the differential pressure gauge 24 will be described. Premixed flame 3
If 9 were formed between the pressure lines 18 and 38, the premixed flame 39 would increase the temperature and increase the flow rate, thereby increasing the combustion losses. For this reason, the pressure in the pressure conduit 18 installed at a position upstream of the premixed flame 39 is higher than that of the pressure conduit 38 installed at a position downstream of the premixed flame 39, so that the differential pressure increases.

【0051】次に、予混合器13の燃空比が高くなり予
混合火炎39が圧力導管18の上流側に形成されると、
圧力導管18の圧力は下流側に設置した圧力導管38の
圧力とほぼ等しくなるため差圧が小さくなる。
Next, when the fuel-air ratio of the premixer 13 increases and a premixed flame 39 is formed upstream of the pressure conduit 18,
Since the pressure in the pressure conduit 18 is substantially equal to the pressure in the pressure conduit 38 installed on the downstream side, the differential pressure is reduced.

【0052】したがって、燃焼室5の軸方向の異なる位
置の圧力を差圧計24で検出することによって予混合火
炎39の形成位置を予測することが可能となる。前述し
たように予混合火炎39が予混合器13に接近すると予
混合器13へ火炎が戻り易くなることから、差圧計24
の差圧情報を基に判定器21によって火炎の形成位置を
判定し、この情報から燃料制御装置22を制御して予混
合器13への火炎戻りを未然に防止することが可能とな
る。
Therefore, it is possible to predict the formation position of the premixed flame 39 by detecting the pressure at different positions in the axial direction of the combustion chamber 5 with the differential pressure gauge 24. As described above, when the premixed flame 39 approaches the premixer 13, the flame easily returns to the premixer 13.
The flame formation position is determined by the determiner 21 based on the differential pressure information, and the fuel control device 22 is controlled based on this information to prevent the flame from returning to the premixer 13 beforehand.

【0053】以上説明してきたようにこのように形成さ
れたガスタービン燃焼装置であると、火炎戻り検出が圧
力変化検出により行われるので、火炎戻り検出部の構成
は簡単であり、また燃焼室の圧力を検出することで予混
合器の火炎戻りを瞬時に判定することが可能であり、こ
の結果、拡散燃料供給系および予混合燃料供給系を制御
することにより予混合器の焼損を充分防止することが可
能となり、延いてはガスタービン燃焼装置の信頼性を向
上させることができるのである。
As described above, in the gas turbine combustion apparatus formed as described above, since the flame return detection is performed by detecting the pressure change, the configuration of the flame return detection section is simple, and the combustion chamber By detecting the pressure, the flame return of the premixer can be instantaneously determined. As a result, by controlling the diffusion fuel supply system and the premix fuel supply system, the premixer can be sufficiently prevented from burning. This makes it possible to improve the reliability of the gas turbine combustion device.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、火炎戻り検出部の構成が簡単で、かつ予混合バーナ
に火炎が逆流したことが瞬時に検出され、かつこの検出
信号によって燃焼状態を制御して予混合バーナの焼損を
充分防止することが可能なこの種のガスタービン燃焼装
置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the structure of the flame return detecting section is simple, and it is instantaneously detected that the flame has flowed back to the premix burner, and the detection signal indicates the combustion state. , A gas turbine combustion apparatus of this kind that can sufficiently prevent burnout of the premix burner can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のガスタービン燃焼器装置を備えたガス
タービンプラントを示す縦断側面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a gas turbine plant provided with a gas turbine combustor device of the present invention.

【図2】火炎戻り時の燃焼室圧力挙動の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a combustion chamber pressure behavior at the time of flame return.

【図3】本発明のガスタービン燃焼器装置の第二の実施
例を示す縦断側面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional side view showing a second embodiment of the gas turbine combustor device of the present invention.

【図4】本発明のガスタービン燃焼器装置の第三の実施
例を示す縦断側面図である。
FIG. 4 is a vertical sectional side view showing a third embodiment of the gas turbine combustor device of the present invention.

【図5】本発明のガスタービン燃焼器装置の第四の実施
例を示す縦断側面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional side view showing a fourth embodiment of the gas turbine combustor device of the present invention.

【図6】本発明のガスタービン燃焼器装置の第五の実施
例を示す縦断側面図である。
FIG. 6 is a vertical sectional side view showing a fifth embodiment of the gas turbine combustor apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガスタービン、2…圧縮機、3…燃焼器、16…拡
散燃料供給系、17…予混合燃料供給系、18,23,
31,38…圧力導管、19…圧力検出器、20…ガス
タービン運転制御装置、21…判定器、22…燃料制御
装置、24…差圧計、25…変動圧計。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine, 2 ... Compressor, 3 ... Combustor, 16 ... Diffusion fuel supply system, 17 ... Premixed fuel supply system, 18, 23,
31, 38: Pressure conduit, 19: Pressure detector, 20: Gas turbine operation control device, 21: Judgment device, 22: Fuel control device, 24: Differential pressure gauge, 25: Variable pressure gauge.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 雅哉 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 室田 知也 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小林 成嘉 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 井上 洋 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 森脇 文治 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masaya Otsuka 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Tomoya Murota Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 7-2-1, Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Narika Kobayashi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72 ) Inventor Hiroshi Inoue 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Fumiharu Moriwaki 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Co., Ltd. Inside the Hitachi Works of Hitachi, Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼
バーナと、該拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料
供給系と、前記拡散燃焼バーナと同一燃焼室内で、かつ
拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナ
と、該予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供
給系とを備えているガスタービン燃焼装置において、 前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置
と、該圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼
バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判
別装置と、該火炎逆流判定装置の判別出力信号に基づい
て前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系の供給流量
を制御する燃料制御装置とを設けたことを特徴とするガ
スタービン燃焼装置。
1. A diffusion combustion burner disposed at an axial center of a combustion chamber, a diffusion fuel supply system for supplying fuel to the diffusion combustion burner, and a diffusion combustion burner in the same combustion chamber as the diffusion combustion burner. A gas turbine combustion device comprising: a premixed combustion burner disposed around; and a premixed fuel supply system that supplies fuel to the premixed combustion burner. The device includes: a pressure detecting a pressure inside a combustor. A detecting device, a flame backflow discriminating device for judging that the flame has flown back into the premixed combustion burner based on an output signal of the pressure detecting device, and the diffusion fuel supply based on a discriminating output signal of the flame backflow judging device. A fuel control device for controlling a supply flow rate of a system and a premixed fuel supply system.
【請求項2】 前記圧力検出装置が検出する燃焼器内部
圧力は、前記予混合燃焼バーナの内部または燃焼室部の
絶対圧、または予混合燃焼バーナの異なる2点間の差
圧、または燃焼室の異なる2点間の差圧である請求項1
記載のガスタービン燃焼装置。
2. The combustor internal pressure detected by the pressure detecting device is an absolute pressure inside the premixed combustion burner or a combustion chamber, a differential pressure between two different points of the premixed combustion burner, or a combustion chamber. 2. A pressure difference between two points having different pressures.
The gas turbine combustion device according to any one of the preceding claims.
【請求項3】 燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼
バーナと、該拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料
供給系と、前記拡散燃焼バーナと同一燃焼室内で、かつ
拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナ
と、該予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供
給系と、前記バーナに空気圧縮機からの燃焼用圧縮空気
を供給する空気供給系とを備えているガスタービン燃焼
装置において、 前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置
と、該圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼
バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判
別装置と、該火炎逆流判定装置の判別出力信号に基づい
て前記拡散燃料供給系及び予混合燃料供給系の供給流量
を制御する燃料制御装置とを設けたことを特徴とするガ
スタービン燃焼装置。
3. A diffusion combustion burner disposed at an axial center of a combustion chamber, a diffusion fuel supply system for supplying fuel to the diffusion combustion burner, and a diffusion combustion burner in the same combustion chamber as the diffusion combustion burner. A premixed combustion burner disposed around, a premixed fuel supply system that supplies fuel to the premixed combustion burner, and an air supply system that supplies compressed air for combustion from an air compressor to the burner. A gas turbine combustion device, comprising: a pressure detection device that detects a pressure inside a combustor; and a flame backflow that determines that a flame has flown back into the premixed combustion burner based on an output signal of the pressure detection device. A gas controller, comprising: a discriminating device; and a fuel control device for controlling supply flow rates of the diffusion fuel supply system and the premixed fuel supply system based on a discrimination output signal of the flame backflow judging device. Bottle combustion equipment.
【請求項4】 前記圧力検出装置が検出する燃焼器内部
圧力は、前記予混合燃焼バーナの内部または燃焼室部の
絶対圧、または前記空気供給系の空気流路部または予混
合燃焼バーナ内部または燃焼室部の変動圧、または前記
空気供給系の空気流路部と燃焼室部の差圧または予混合
燃焼バーナと燃焼室部の差圧または空気圧縮機出口部と
燃焼室部の差圧または隣接する燃焼器の燃焼室間の差
圧、または、予混合燃焼バーナの異なる2点間の差圧ま
たは燃焼室の異なる2点間の差圧である請求項3記載の
ガスタービン燃焼装置。
4. The internal pressure of the combustor detected by the pressure detecting device may be the absolute pressure of the inside of the premixed combustion burner or the combustion chamber, or the inside of the air flow path or the premixed combustion burner of the air supply system. The fluctuating pressure of the combustion chamber, or the differential pressure between the air flow path and the combustion chamber of the air supply system, or the differential pressure between the premixed combustion burner and the combustion chamber, or the differential pressure between the air compressor outlet and the combustion chamber. The gas turbine combustion apparatus according to claim 3, wherein the pressure difference is a pressure difference between combustion chambers of adjacent combustors, a pressure difference between two different points of a premixed combustion burner, or a pressure difference between two different points of a combustion chamber.
【請求項5】 前記判別装置の判断が、前記圧力検出装
置からの圧力情報とガスタービンの運転情報の両者から
判断されるものである請求項1,2,3または4記載の
ガスタービン燃焼装置。
5. The gas turbine combustion apparatus according to claim 1, wherein the determination by the determination device is made based on both the pressure information from the pressure detection device and the operation information of the gas turbine. .
【請求項6】 燃焼室の軸中心部に配置された拡散燃焼
バーナと、該拡散燃焼バーナに燃料を供給する拡散燃料
供給系と、前記拡散燃焼バーナと同一燃焼室内で、かつ
拡散燃焼バーナの周囲に配置された予混合燃焼バーナ
と、該予混合燃焼バーナに燃料を供給する予混合燃料供
給系とを備えているガスタービン燃焼装置の火炎逆流検
出方法において、 前記装置に、燃焼器内部の圧力を検出する圧力検出装置
と、該圧力検出装置の出力信号に基づき前記予混合燃焼
バーナ内部に火炎が逆流したことを判定する火炎逆流判
別装置とを設け、前記圧力検出装置からの絶対圧、変動
圧、差圧などの物理量に、それぞれ火炎戻り判定基準値
を設定し、各物理量の値が前記判定基準値を越えた時刻
を基準に、前後ある一定時間の物理量の平均値を求め、
この平均値を比較して火炎逆流を判別するようにしたこ
とを特徴とするガスタービン燃焼装置の火炎逆流検出方
法。
6. A diffusion combustion burner disposed at an axial center of a combustion chamber, a diffusion fuel supply system for supplying fuel to the diffusion combustion burner, and a diffusion combustion burner in the same combustion chamber as the diffusion combustion burner. In a method for detecting a backflow of a flame of a gas turbine combustion device comprising a premixed combustion burner disposed around and a premixed fuel supply system for supplying fuel to the premixed combustion burner, the device includes: A pressure detection device for detecting pressure, and a flame backflow determination device for determining that the flame has flown back into the premixed combustion burner based on an output signal of the pressure detection device are provided, and an absolute pressure from the pressure detection device is provided. For the physical quantities such as the fluctuation pressure and the differential pressure, a flame return determination reference value is set, and based on the time when the value of each physical quantity exceeds the determination reference value, the average value of the physical quantities for a certain period of time before and after is determined.
A flame backflow detecting method for a gas turbine combustion device, characterized in that the average value is compared to determine the flame backflow.
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