JPH0331899B2 - - Google Patents

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JPH0331899B2
JPH0331899B2 JP59155197A JP15519784A JPH0331899B2 JP H0331899 B2 JPH0331899 B2 JP H0331899B2 JP 59155197 A JP59155197 A JP 59155197A JP 15519784 A JP15519784 A JP 15519784A JP H0331899 B2 JPH0331899 B2 JP H0331899B2
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JP
Japan
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gas turbine
air
load
compressor
combustion
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59155197A
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English (en)
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JPS6134322A (ja
Inventor
Isao Sato
Yoji Ishibashi
Takashi Oomori
Shigeyuki Akatsu
Katsuo Wada
Fumio Kato
Yorihide Segawa
Yoshihiro Uchama
Michio Kuroda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP15519784A priority Critical patent/JPS6134322A/ja
Publication of JPS6134322A publication Critical patent/JPS6134322A/ja
Publication of JPH0331899B2 publication Critical patent/JPH0331899B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/48Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
    • F02C9/50Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はガスタービン装置に関する。特にガス
タービン排ガス中に含有する窒素酸化物(NOx)
や一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)などの未
燃焼成分の発生を抑えた、低公害で、高燃焼効率
のガスタービン装置に関するものである。
〔発明の背景〕
ガスタービンは高温、高圧力化を図ることによ
り高効率化の傾向にあると同時に、低公害、高燃
焼効率化を得ることが必須条件となつている。こ
の場合、ガスタービン排ガス中に含まれる物質の
内、NOxやCOが大気汚染公害の対象となり、一
方、COやHCの抑制が、燃焼効率向上を大きく左
右する。したがつて、ガスタービンでは高効率化
とともに低公害、燃焼効率向上化を同時に行うこ
とが必要であるが、高温度、高圧力化に伴い
NOxの生成は多くなり、しかし一方、NOxの発
生を抑制しようとすればCO、HCの生成が多くな
る。このように矛盾した関係となつているので、
これらを同時に解消するのは非常にむずかしい技
術である。従来技術ではまず、燃焼器でのNOx
生成を抑える手段として、空気過剰による低温燃
焼を行ない、さらに排気ダクトにNOxの還元触
媒層を設置して排気されるNOx濃度を大幅に低
減している。しかしながらガスタービンでは、着
火から定格負荷までの広範囲にわたつて低NOx
化と高燃焼性能とを同時に維持することはむずか
しい。範囲が広いので各々条件が異なつているか
らである。とくに低負荷時における燃焼状態は、
過度の空気過剰となるため燃焼が阻害され、CO
やHCなどの未燃焼成分の生成が多くなる。さら
に低負荷時では排ガスの温度が低下するため脱硝
触媒の効率が低下し、したがつて大気中に排出さ
れるNOx濃度は低減されない。この様子を図を
用いて説明する。
第1図にガスタービンの主要構成を示す。ガス
タービンは空気圧縮機1、燃焼器2およびタービ
ン3から成り、タービン3を通過した排ガス4は
触媒層5を通過し、あるいは場合によつてはこの
後に排熱回収用のボイラが取付られて、大気中に
放出される。公害発生の要因となるNOxは燃焼
器2で生成されるものであり、その生成は燃焼時
のガス温度によつて大きく左右されるものである
から、燃焼領域6の温度を低く抑える過剰空気に
よる燃焼、いわゆる低温度燃焼法によつて低
NOx化を図つている。さらに大気中へ排出する
NOx量をさらに低く抑えるための触媒層5を設
置している。最終的にはガスタービンのすべての
運転負荷範囲において、NOx量を10〜15ppm以
下に抑えておくことが要求されている。しかしな
がら従来技術では、低負荷時にとくに問題があ
る。つまりガスタービン負荷に対するNOx濃度
は第2図のM線に示すようにガスタービン出口で
は負荷上昇とともに上昇するが、これはガスター
ビン出口において排ガスが空気で希釈される効果
が加わつたデータであるため、この効果をなくす
ため排ガスは一定の酸素濃度(15%)に換算する
ことが必要である。このように補正すると、
NOx濃度は第2図のN線の如くなる。N線に示
されるように、とくに低負荷時では希釈効果によ
る補正でNOx濃度は約4倍に増加する。一方、
低負荷時では排ガス温度低下により脱硝効率も低
下するため、排気されるNOx濃度はL線に示す
ように定格負荷時よりも上昇し、さらに規制値以
上になるという問題がある。すなわち50%以下の
負荷範囲において第3図に示すように排ガス温度
(C線)が負荷の低下と共に低くなることに起因
し、脱硝効率(D線)が低下してしまうのであ
る。これは第4図に示すように低負荷から定格負
荷までは燃焼器に供給される空気量(A実線)が
一定であり、かつ負荷変化により燃焼流量(B点
線)が変わるので、とくに燃料流量が少ない低負
荷時において排ガス温度が低くなり、このため脱
硝効率が低下するものである。結居従来技術では
NOx濃度を規制値以下に抑えることが困難にな
つている。又、負荷によらず、空気流量が一定で
しかも燃焼器において生成するNOxを抑えるた
めNOx排出の多い定格負荷時を基準にして空気
過剰の燃焼を行なうということは、低負荷時にお
いては約定格負荷時の4倍の空気過剰となる(こ
れは空気流量一定で燃料流量のみが変化するため
に生ずる)。よつてこの場合過度の低温度燃焼と
なり、燃焼が阻害され、この結果、COやHCなど
の末燃焼成分の発生が多くなり、燃焼効率低下も
生ずるものである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、ガスタービン低負荷運転範囲
においても触媒による脱硝効率を低下させず低
NOx化を図り、しかも低負荷時における燃焼効
率向上を行ない未燃焼成分の発生を抑えることが
できるガスタービン装置を提供することである。
〔発明の概要〕
本発明は、低負荷時において燃焼器に導入され
る空気流量を調節することにより、触媒の性能低
下を防止することによつて、上記目的を達成する
ものである。この構成を用いて、低負荷時に燃焼
器に導入される空気流量を抑えるようにすれば、
これにより低負荷時においても排ガス温度を低下
させず脱硝効率低下を抑えることができ、よつて
排ガス中のNOx濃度の大幅低減を図ることがで
きる。かつ空気流量を抑えることにより、過度の
空気過剰による低温度燃焼を解消することができ
るため、低負荷時の燃焼効率向上を図ることがで
きるものである。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第5図に示す。このガスタ
ービン装置は、圧縮機1とタービン3と燃焼器2
とを備えるとともに、排ガス通路部に窒素酸化物
の除去のための脱硝触媒層5を設置して成る。本
発明においては、圧縮機のインレツトガイドベー
ンにより、もしくは圧縮機への空気流入路に設け
た流量制御弁により、もしくはその双方を併用す
ることによりガスタービン低負荷時に燃焼器へ流
入する空気量を調節するものであるが、本実施例
では、圧縮機1のインレツト部7に空気8の流量
コントロールが可能な空気流量制御装置9を設置
し、これに制御器10を介し空気流量の制御を行
う構成としている。勿論、場合によつては、圧縮
機1前段に装着されているインレツトガイドベー
ン11によるか、あるいはガイドベーン11と流
量制御装置9とを併合して動作させることもあり
得る。又、圧縮機1の途中段から空気12を抽気
し、これをコントロールするバルブ13を設置
し、空気は触媒層5を通過するガス温度の低下を
防ぐため触媒層5の後流へ導入する構成とするこ
ともできる。
空気流量の調整は次のように行なう。すなわち
空気流量調整は第4図に示すように無負荷近傍か
ら50%負荷近傍まで行い、図中のI線に示すよう
に負荷上昇とともに可変コントロールする。この
時燃料流量はJ線に示すように従来の制御と大差
ないが、このように空気流量を可変にすることに
より、燃焼器の燃焼状態は、空気流量がA線から
I線に減少する条件となる。このため低負荷時に
過度の空気過剰燃焼が防がれることになる。それ
ばかりでなく、タービン排気温度は第3図に示す
C線からK点線に示すように、無負荷から50%負
荷時の間は50%負荷相当時の排ガス温度を約400
℃に保つことができる。このため脱硝効率は、第
6図の従来技術(E線)に示す如き低負荷時にお
いて低下するという傾向はなくなり、排気温度が
上るためむしろG点線に示すように脱硝効率は向
上する。この結果NOx濃度は、低負荷時に高濃
度を呈する従来技術F線に比べ、低負荷時におい
てとくに増加するという傾向はなくなり、却つて
脱硝効率が向上する。したがつて第6図のH線に
示すように、全負荷範囲において15ppm以下の
NOx濃度に抑えることが出来る。
このように低負荷時に燃焼器へ供給される空気
流量を減少することによつて脱硝性の低下を抑え
ることができるものであるが、この場合の空気流
量の減少量は、無負荷時において定格負荷時の約
50%程度にしておき、負荷上昇と共に燃料流量と
空気流量を増加し、50%負荷時にほぼ定格負荷時
の空気流量となるように流量制御することが望ま
しい。このようにすると、無負荷時から50%負荷
時までの燃焼状態をほぼ等しい状態にすることが
できる。これは、インレツトのガイドベーン11
による制御にすると、ベーン角度30°以上の制御
となる。
したがつて、無負荷時の燃焼状態は50%負荷時
の燃焼状態にほほ等しくなるため、従来技術のよ
うな過度の空気過剰による低温度燃焼とはなら
ず、よつてCOやHC等の未燃焼生成分の生成が少
なくなり、燃焼性能が向上し、燃焼効率の向上も
なし得るという効果を得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、低負荷時から高負荷時にわた
り、脱硝効率を向上させ、かつ燃焼性能を向上す
ることができる効果がある。
なお当然のことではあるが、本発明は図示の実
施例にのみ限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来形ガスタービン装置を示す構成図
である。第2図は、タービン負荷とNOx濃度の
関係を示す特性図である。第3図はタービン負荷
とガス温度および脱硝効率の関係を示す特性図で
ある。第4図はガスタービン負荷と空気、燃料流
量の関係を示すもので、従来技術および本発明の
一実施例によるデータとを比較して示す図であ
る。第5図は本発明の一実施例に係るガスタービ
ン装置を示す構成図である。第6図は本実施例と
従来技術との脱硝効率およびNOx濃度特性の比
較図である。 1……圧縮機、2……燃焼器、3……タービ
ン、5……脱硝触媒層、7……インレツト部、9
……空気流量制御装置、11……インレツトガイ
ドベーン、12……抽気配管、13……抽気バル
ブ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガスタービンと、該ガスタービンに駆動され
    空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空
    気のもとで燃料を燃焼し燃焼ガスを前記ガスター
    ビンに供給する燃焼器と、前記ガスタービンの排
    気ガス通路に設けた窒素酸化物除去用の脱硝触媒
    装置とを備えるガスタービン装置において、前記
    圧縮機に流入する空気量を調整するインレツトガ
    イドベーンと、前記圧縮機の途中段から吐出する
    空気を前記脱硝装置の後流に逃がす抽気配管と、
    該抽気配管の途中に設けられ抽気量を調整する抽
    気弁とを備えることを特徴とする低公害ガスター
    ビン装置。 2 ガスタービンと、該ガスタービンに駆動され
    空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの圧縮空
    気のもとで燃料を燃焼し燃焼ガスを前記ガスター
    ビンに供給する燃焼器と、前記ガスタービンの排
    気ガス通路に設けた窒素酸化物除去用の脱硝触媒
    装置とを備えるガスタービン装置において、前記
    圧縮機に流入する空気量を調整するインレツトガ
    イドベーンと、前記圧縮機の最終段から吐出する
    空気を前記脱硝装置の後流に逃がす抽気配管と、
    該抽気配管の途中に設けられ抽気量を調整する抽
    気弁とを備えることを特徴とする低公害ガスター
    ビン装置。
JP15519784A 1984-07-27 1984-07-27 低公害ガスタ−ビン装置 Granted JPS6134322A (ja)

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JP15519784A JPS6134322A (ja) 1984-07-27 1984-07-27 低公害ガスタ−ビン装置

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JPS6134322A JPS6134322A (ja) 1986-02-18
JPH0331899B2 true JPH0331899B2 (ja) 1991-05-09

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2680033B2 (ja) * 1988-05-11 1997-11-19 株式会社日立製作所 コンバインドプラントの運転方法及び装置
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JPS6134322A (ja) 1986-02-18

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