JPH0544537B2 - - Google Patents
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- JPH0544537B2 JPH0544537B2 JP3549085A JP3549085A JPH0544537B2 JP H0544537 B2 JPH0544537 B2 JP H0544537B2 JP 3549085 A JP3549085 A JP 3549085A JP 3549085 A JP3549085 A JP 3549085A JP H0544537 B2 JPH0544537 B2 JP H0544537B2
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Links
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
- F23N2900/05003—Measuring NOx content in flue gas
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はガスタービンに係り、特に、予混合燃
料法によりタービン排ガス中のNOx（窒素酸化
物）およびCO（一酸化炭素）の発生量を低減する
低減方法を改良したガスタービンに関する。
料法によりタービン排ガス中のNOx（窒素酸化
物）およびCO（一酸化炭素）の発生量を低減する
低減方法を改良したガスタービンに関する。
従来、この種のガスタービンの基本的構成は第
７図に示すように構成され、大気１を空気圧縮機
２により圧縮して高圧空気３に変換してから燃焼
器４の環状空間５に送入する。この環状空間５内
に送入された高圧空気３は燃焼器内筒６の外周を
流通して、この燃焼器内筒６を強制対流して冷却
しながら、空気穴７およびスワラー８等を通して
燃焼器内筒６内に流入する。一方、燃料は図示し
ない燃料供給源に接続され、途中、燃料供給量を
適宜制御する調整弁９を介装した燃料供給系１０
を介して燃焼器４へ供給される。燃焼器４へ供給
された燃料は燃料ノズル１１より燃焼器内筒６内
の逆流領域近傍１２へ噴出され、イグナイター１
３により着火エネルギーが与えられて着火し、燃
焼する。定容、定圧燃焼が継続して発生した高温
ガス１４はタービン１５に導入されて仕事をし、
タービン１５の駆動力は上記空気圧縮機２の動力
として一部消費され、その殆どの動力は発電機
（図示省略）等の被駆動機１６の動力として消費
される。この被駆動機１６の負荷に応じて上記燃
料供給系１０の調整弁９の開度を制御して燃料供
給量を制御する。
７図に示すように構成され、大気１を空気圧縮機
２により圧縮して高圧空気３に変換してから燃焼
器４の環状空間５に送入する。この環状空間５内
に送入された高圧空気３は燃焼器内筒６の外周を
流通して、この燃焼器内筒６を強制対流して冷却
しながら、空気穴７およびスワラー８等を通して
燃焼器内筒６内に流入する。一方、燃料は図示し
ない燃料供給源に接続され、途中、燃料供給量を
適宜制御する調整弁９を介装した燃料供給系１０
を介して燃焼器４へ供給される。燃焼器４へ供給
された燃料は燃料ノズル１１より燃焼器内筒６内
の逆流領域近傍１２へ噴出され、イグナイター１
３により着火エネルギーが与えられて着火し、燃
焼する。定容、定圧燃焼が継続して発生した高温
ガス１４はタービン１５に導入されて仕事をし、
タービン１５の駆動力は上記空気圧縮機２の動力
として一部消費され、その殆どの動力は発電機
（図示省略）等の被駆動機１６の動力として消費
される。この被駆動機１６の負荷に応じて上記燃
料供給系１０の調整弁９の開度を制御して燃料供
給量を制御する。
ところで、燃焼器４の燃料ノズル１１が１個ま
たは複数個の場合においても、高温ガス１４中に
は、いわゆるサーマルNOxと称されるNOxが大
量に発生する。このNOxは燃料ノズル１１の多
数化や空気穴７等の工夫により、局所的領域にお
ける火炎温度の若干の低下を促し、NOxの若干
の低減を図ることができるが、大幅なNOx低減
は不可能である。
たは複数個の場合においても、高温ガス１４中に
は、いわゆるサーマルNOxと称されるNOxが大
量に発生する。このNOxは燃料ノズル１１の多
数化や空気穴７等の工夫により、局所的領域にお
ける火炎温度の若干の低下を促し、NOxの若干
の低減を図ることができるが、大幅なNOx低減
は不可能である。
しかし、局所的に火炎温度を低下させてNOx
低減を図る方法としては予混合燃焼法の方が効果
的であり、予混合率の増加によりNOx発生量を
低減させる効果を第８図に示す。すなわち、予混
合燃焼を行なわない場合は特性曲線２０に示すよ
うに高温ガス１４中のNOx発生量が、横軸で示
す燃空比の増加に伴つて指数関数状に上昇する。
低減を図る方法としては予混合燃焼法の方が効果
的であり、予混合率の増加によりNOx発生量を
低減させる効果を第８図に示す。すなわち、予混
合燃焼を行なわない場合は特性曲線２０に示すよ
うに高温ガス１４中のNOx発生量が、横軸で示
す燃空比の増加に伴つて指数関数状に上昇する。
一方、予混合燃焼を行なつた場合は、特性曲線
２１ａ〜２１ｄに示すように燃空比が増加しても
NOxは殆ど上昇せず、顕著なNOx低減効果を認
めることができる。しかも、このNOx低減効果
は予混合率を例えば50％〜80％（２１ａ〜２１
ｄ）へと漸次上昇させて行くに従つて顕著に表わ
れていることを示している。
２１ａ〜２１ｄに示すように燃空比が増加しても
NOxは殆ど上昇せず、顕著なNOx低減効果を認
めることができる。しかも、このNOx低減効果
は予混合率を例えば50％〜80％（２１ａ〜２１
ｄ）へと漸次上昇させて行くに従つて顕著に表わ
れていることを示している。
このような予混合燃焼法を採用した従来のガス
タービンは第９図に示すように構成され、燃焼器
４へ燃料を供給する燃料供給系をＡ系３０とＢ系
３１との２系統により構成している。Ａ燃料供給
系３０は燃料ノズル１１に接続され、燃焼器内筒
６内へ直接燃料を供給する。なお、第９図中、第
７図と同一部分には同一符号を付して、その説明
を省略している。
タービンは第９図に示すように構成され、燃焼器
４へ燃料を供給する燃料供給系をＡ系３０とＢ系
３１との２系統により構成している。Ａ燃料供給
系３０は燃料ノズル１１に接続され、燃焼器内筒
６内へ直接燃料を供給する。なお、第９図中、第
７図と同一部分には同一符号を付して、その説明
を省略している。
一方、Ｂ燃料供給系３１は燃料を燃焼器内筒６
内へ送入する前に、高圧空気３が流入されている
予混合室３２へ供給し、ここで高圧空気３と予め
混合してから空気穴７を通して、燃焼器内筒６内
へ供給している。この混合燃料３６は、Ａ燃料供
給系３０から供給された燃料により燃焼器内筒６
内にて燃焼して発生した高温ガスにより着火エネ
ルギーを与えられて低温度で燃焼する。これによ
りNOxの発生量を低減する。このように構成さ
れたガスタービンによるNOxとCOの発生量をタ
ービン負荷と対応させて示すと第１０図のグラフ
のようになる。すなわち、タービン負荷が定格負
荷（100％）であるときは、NOxの発生量を示す
NOx特性曲線３７とCOの発生量を示すCO特性
曲線３８とは、NOx規制値３９、CO規制値４０
をそれぞれクリアしている。しかし、タービン負
荷が定格負荷の中間部、例えば切換点Ｃ近傍にあ
るような部分負荷運転時では、NOxおよびCOの
発生量が共に各規制値３９，４０を大幅に上回つ
ている。特に、COの発生量が急激に増加するの
で、燃焼器４の燃焼効率が低下し、プラント効率
を大きく低下させるという欠点があつた。また、
部分負荷運転状態においては燃焼効率の低下と共
に、燃焼振動が発生し易くなり、ガスタービンの
信頼性を著しく低下させるという欠点があつた。
内へ送入する前に、高圧空気３が流入されている
予混合室３２へ供給し、ここで高圧空気３と予め
混合してから空気穴７を通して、燃焼器内筒６内
へ供給している。この混合燃料３６は、Ａ燃料供
給系３０から供給された燃料により燃焼器内筒６
内にて燃焼して発生した高温ガスにより着火エネ
ルギーを与えられて低温度で燃焼する。これによ
りNOxの発生量を低減する。このように構成さ
れたガスタービンによるNOxとCOの発生量をタ
ービン負荷と対応させて示すと第１０図のグラフ
のようになる。すなわち、タービン負荷が定格負
荷（100％）であるときは、NOxの発生量を示す
NOx特性曲線３７とCOの発生量を示すCO特性
曲線３８とは、NOx規制値３９、CO規制値４０
をそれぞれクリアしている。しかし、タービン負
荷が定格負荷の中間部、例えば切換点Ｃ近傍にあ
るような部分負荷運転時では、NOxおよびCOの
発生量が共に各規制値３９，４０を大幅に上回つ
ている。特に、COの発生量が急激に増加するの
で、燃焼器４の燃焼効率が低下し、プラント効率
を大きく低下させるという欠点があつた。また、
部分負荷運転状態においては燃焼効率の低下と共
に、燃焼振動が発生し易くなり、ガスタービンの
信頼性を著しく低下させるという欠点があつた。
さらに、燃料の種類、運転方法、タービンの形
状変更等に応じて、ＡおよびＢ両燃料供給系３
０，３１の切換点Ｃと、AB両系３０，３１の燃
料供給配分を自動的に制御することができないた
めに、燃料振動を防止することや、部分負荷運転
時におけるNOxおよびCO規制値３２，３３をク
リアさせることができないという欠点があつた。
状変更等に応じて、ＡおよびＢ両燃料供給系３
０，３１の切換点Ｃと、AB両系３０，３１の燃
料供給配分を自動的に制御することができないた
めに、燃料振動を防止することや、部分負荷運転
時におけるNOxおよびCO規制値３２，３３をク
リアさせることができないという欠点があつた。
そこで、このような従来のガスタービンは第９
図に示すように、空気バイパス３４と、この空気
バイパス３４の途中に空気調整弁３５とをそれぞ
れ設けた。すなわち、この空気調整弁３５の開度
制御を行なうことにより、燃焼器内筒６へ供給す
る高圧空気３の供給量を制御し、高温ガス１４に
おける燃空比を可能な限り一定に保持し、NOx
およびCOの発生を制御していた。
図に示すように、空気バイパス３４と、この空気
バイパス３４の途中に空気調整弁３５とをそれぞ
れ設けた。すなわち、この空気調整弁３５の開度
制御を行なうことにより、燃焼器内筒６へ供給す
る高圧空気３の供給量を制御し、高温ガス１４に
おける燃空比を可能な限り一定に保持し、NOx
およびCOの発生を制御していた。
しかしながら、このような従来のガスタービン
ではNOxおよびCOの最大値を各規制値３９，４
０以下に抑制することができるが、高温ガス１４
の流れ周辺に低温の高圧空気３を吹き込むため
に、温度分布的に好ましくなく、ガスタービン構
造上等、さらに新たな問題が発生する虞れがあつ
た。
ではNOxおよびCOの最大値を各規制値３９，４
０以下に抑制することができるが、高温ガス１４
の流れ周辺に低温の高圧空気３を吹き込むため
に、温度分布的に好ましくなく、ガスタービン構
造上等、さらに新たな問題が発生する虞れがあつ
た。
本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、
特に部分負荷運転時における排ガス中のNOxお
よびCO濃度を低減させると共に、燃焼振動を低
下させるガスタービンを提供することを目的とす
る。
特に部分負荷運転時における排ガス中のNOxお
よびCO濃度を低減させると共に、燃焼振動を低
下させるガスタービンを提供することを目的とす
る。
本発明は、予混合燃料供給系を複数系統設け、
これら予混合燃料供給系による各燃料供給開始時
およびこの開始時ないしそれ以降の燃料供給量を
タービン負荷に対応させて系統毎にそれぞれ設定
した燃料供給パターンを計算器にプログラムし、
計算器はタービン負荷を算出すると共に、この燃
料供給パターンに基づいて各予混合燃料供給系の
燃料供給動作を制御し、タービン排ガス中の
NOxおよびCO濃度と、気柱振動および燃焼振動
との検出値に応じて上記燃料供給パターンを適宜
変更するようにしたものである。
これら予混合燃料供給系による各燃料供給開始時
およびこの開始時ないしそれ以降の燃料供給量を
タービン負荷に対応させて系統毎にそれぞれ設定
した燃料供給パターンを計算器にプログラムし、
計算器はタービン負荷を算出すると共に、この燃
料供給パターンに基づいて各予混合燃料供給系の
燃料供給動作を制御し、タービン排ガス中の
NOxおよびCO濃度と、気柱振動および燃焼振動
との検出値に応じて上記燃料供給パターンを適宜
変更するようにしたものである。
以下、本発明の実施例について第１図ないし第
６図を参照して説明する。
６図を参照して説明する。
なお、第１図ないし第６図中、同一部分には同
一符号を付してその重複した部分の説明を省略す
る。
一符号を付してその重複した部分の説明を省略す
る。
第１図は本発明に係るガスタービンの一実施例
の要部を示す系統図であり、空気圧縮機５０は大
気５１を圧縮して高圧空気５３を燃焼器５２に送
り込む。この燃焼器５２は予混合燃焼方式を適用
した構造からなり、所要種類の燃料を燃焼器５２
へ供給する予混合燃料供給系を複数系統、例えば
３系統FA，FB，FC有する。これら予混合燃料
供給系FA，FB，FCは各調整弁５４Ａ，５４Ｂ、
５４Ｃおよび流量計５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃをそ
れぞれ介装して、各燃料供給系FA，FB，FCに
よる燃料供給量を各系毎に検出すると共に、各調
整弁５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃの開度制御により燃
料供給量を系統別に調整するようになつている。
の要部を示す系統図であり、空気圧縮機５０は大
気５１を圧縮して高圧空気５３を燃焼器５２に送
り込む。この燃焼器５２は予混合燃焼方式を適用
した構造からなり、所要種類の燃料を燃焼器５２
へ供給する予混合燃料供給系を複数系統、例えば
３系統FA，FB，FC有する。これら予混合燃料
供給系FA，FB，FCは各調整弁５４Ａ，５４Ｂ、
５４Ｃおよび流量計５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃをそ
れぞれ介装して、各燃料供給系FA，FB，FCに
よる燃料供給量を各系毎に検出すると共に、各調
整弁５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃの開度制御により燃
料供給量を系統別に調整するようになつている。
燃焼器５２にて発生した高温ガス５６は、発電
機等の被駆動機５７に軸を介して直結されたター
ビン５８に送り込まれ、ここで仕事をする。ター
ビン５８の駆動力の一部は空気圧縮機５０の駆動
に使用される。タービン５８からの排ガス５９は
熱交換器６０等を経てスタツク６１から大気へ放
出される。
機等の被駆動機５７に軸を介して直結されたター
ビン５８に送り込まれ、ここで仕事をする。ター
ビン５８の駆動力の一部は空気圧縮機５０の駆動
に使用される。タービン５８からの排ガス５９は
熱交換器６０等を経てスタツク６１から大気へ放
出される。
燃焼器５２の下流側ガス流路には、気柱振動お
よび燃焼振動を検出する圧力センサ６３と、燃焼
器５２にて発生する高温ガス５６の温度を燃焼器
５２の出口にて検出する温度センサからなる負荷
検出器６２とがそれぞれ配設されている。また、
タービン５８の下流側ガス流路にはタービン排ガ
ス５９中の一部をサンプリングする排ガスセンサ
６４が設置されている。排ガスセンサ６４は、こ
の排ガスセンサ６４からのサンプリングガスから
NOxおよびCO濃度をそれぞれ検出する排ガス分
析計６５と、この排ガス分析計６５からの検出出
力を計算器６６にて読み込み可能の信号に変換す
る変換器６７とを介して、計算器６６のインプツ
トポートに電気的に接続されている。
よび燃焼振動を検出する圧力センサ６３と、燃焼
器５２にて発生する高温ガス５６の温度を燃焼器
５２の出口にて検出する温度センサからなる負荷
検出器６２とがそれぞれ配設されている。また、
タービン５８の下流側ガス流路にはタービン排ガ
ス５９中の一部をサンプリングする排ガスセンサ
６４が設置されている。排ガスセンサ６４は、こ
の排ガスセンサ６４からのサンプリングガスから
NOxおよびCO濃度をそれぞれ検出する排ガス分
析計６５と、この排ガス分析計６５からの検出出
力を計算器６６にて読み込み可能の信号に変換す
る変換器６７とを介して、計算器６６のインプツ
トポートに電気的に接続されている。
計算器６６のインプツトポートはさらに、この
計算器６６にて読み込み可能の信号に変換する変
換器６８，６９を介して負荷検出器６２、圧力セ
ンサ６３にそれぞれ電気的に接続されている。ま
た、計算器６６のインプツトおよびアウトプツト
ポートは各予混合燃料供給系FA，FB，FCの各
調整弁５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃと、各流量計５５
Ａ，５５Ｂ，５５Ｃとに電気的にそれぞれ接続さ
れ、この計算器６６により、各燃料供給系FA，
FB，FCから燃焼器５２へ供給される燃料供給量
を各系毎に検出すると共に、各調整弁５４Ａ，５
４Ｂ，５１Ｃを内蔵プログラムに従つて適宜開度
制御を行なう。
計算器６６にて読み込み可能の信号に変換する変
換器６８，６９を介して負荷検出器６２、圧力セ
ンサ６３にそれぞれ電気的に接続されている。ま
た、計算器６６のインプツトおよびアウトプツト
ポートは各予混合燃料供給系FA，FB，FCの各
調整弁５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃと、各流量計５５
Ａ，５５Ｂ，５５Ｃとに電気的にそれぞれ接続さ
れ、この計算器６６により、各燃料供給系FA，
FB，FCから燃焼器５２へ供給される燃料供給量
を各系毎に検出すると共に、各調整弁５４Ａ，５
４Ｂ，５１Ｃを内蔵プログラムに従つて適宜開度
制御を行なう。
この計算器６６に内蔵されたプログラムは第２
図に示すように構成された燃料供給パターンを有
する。この燃料供給パターンはタービン負荷に応
じて燃焼器５２へ供給すべき燃料の供給量をスケ
ジユール化した燃料スケジユール７０Ａ，７０
Ｂ，７０Ｃを各予混合燃料供給系FA，FB，FC
に対応させてそれぞれ設定している。各燃料スケ
ジユール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃは燃料供給開始
順序をタービン負荷の増加方向に向けて７０Ａ，
７０Ｂ，７０Ｃの順に設定し、かつ各系により併
行に供給するようになつている。また、予混合燃
料供給系７０Ｂ，７０Ｃの燃料供給開始時である
第１、第２切換点Ｃ１，Ｃ２を所要のタービン負
荷値にそれぞれ移動可能に設定している。すなわ
ち、第１切換点Ｃ１ではこの時点迄に燃料供給中
の燃料供給系FAの供給量を階段状に所要量減少
させ、この減少分を次順の燃料供給系FBの燃料
供給開始時の立上り供給量に一致させ、以後は両
系FA，FBの２系統で同時に燃料供給する。同様
に第２切換点Ｃ２では、この時点迄に燃料供給中
の予混合燃料供給系FA，FBのうち、FB系によ
る燃料供給量を階段状に所要量減少させ、この減
少分を次順のFC系の燃料供給開始時の立上り量
に一致させている。また、これら各燃料スケジユ
ール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの所要のタービン負
荷における合計量は、第２図中一点鎖線で示す総
燃料スケジユール７１に一致している。すなわ
ち、総燃料スケジユール７１は燃料の種類や運転
方法等により相違する燃料供給量をタービン負荷
に応じて設定したものであり、この総燃料スケジ
ユール７１の燃料供給総量FTを各燃料供給系
FA，FB，FCに所要の比率でそれぞれ分割し、
分担させたものが各燃料スケジユール７０Ａ，７
０Ｂ，７０Ｃである。すなわち、各燃料スケジユ
ール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの各分担量をfa，
fb，fcとすれば、FT＝fa＋fb＋fcとなる。した
がつて、燃料の種類や運転方法が異なれば総燃料
スケジユール７１の燃料供給総量が変動し、各燃
料スケジユール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの各分担
量fa，fb，fcがそれぞれ変動する。そこで、計算
器６６には燃料の種類や運転方法等の相違による
総燃料スケジユール７１を各種設定したプログラ
ムを複数内蔵しており、燃料の種類や運転方法等
の相違に応じて適切なプログラムを適宜選択する
ようになつている。
図に示すように構成された燃料供給パターンを有
する。この燃料供給パターンはタービン負荷に応
じて燃焼器５２へ供給すべき燃料の供給量をスケ
ジユール化した燃料スケジユール７０Ａ，７０
Ｂ，７０Ｃを各予混合燃料供給系FA，FB，FC
に対応させてそれぞれ設定している。各燃料スケ
ジユール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃは燃料供給開始
順序をタービン負荷の増加方向に向けて７０Ａ，
７０Ｂ，７０Ｃの順に設定し、かつ各系により併
行に供給するようになつている。また、予混合燃
料供給系７０Ｂ，７０Ｃの燃料供給開始時である
第１、第２切換点Ｃ１，Ｃ２を所要のタービン負
荷値にそれぞれ移動可能に設定している。すなわ
ち、第１切換点Ｃ１ではこの時点迄に燃料供給中
の燃料供給系FAの供給量を階段状に所要量減少
させ、この減少分を次順の燃料供給系FBの燃料
供給開始時の立上り供給量に一致させ、以後は両
系FA，FBの２系統で同時に燃料供給する。同様
に第２切換点Ｃ２では、この時点迄に燃料供給中
の予混合燃料供給系FA，FBのうち、FB系によ
る燃料供給量を階段状に所要量減少させ、この減
少分を次順のFC系の燃料供給開始時の立上り量
に一致させている。また、これら各燃料スケジユ
ール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの所要のタービン負
荷における合計量は、第２図中一点鎖線で示す総
燃料スケジユール７１に一致している。すなわ
ち、総燃料スケジユール７１は燃料の種類や運転
方法等により相違する燃料供給量をタービン負荷
に応じて設定したものであり、この総燃料スケジ
ユール７１の燃料供給総量FTを各燃料供給系
FA，FB，FCに所要の比率でそれぞれ分割し、
分担させたものが各燃料スケジユール７０Ａ，７
０Ｂ，７０Ｃである。すなわち、各燃料スケジユ
ール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの各分担量をfa，
fb，fcとすれば、FT＝fa＋fb＋fcとなる。した
がつて、燃料の種類や運転方法が異なれば総燃料
スケジユール７１の燃料供給総量が変動し、各燃
料スケジユール７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの各分担
量fa，fb，fcがそれぞれ変動する。そこで、計算
器６６には燃料の種類や運転方法等の相違による
総燃料スケジユール７１を各種設定したプログラ
ムを複数内蔵しており、燃料の種類や運転方法等
の相違に応じて適切なプログラムを適宜選択する
ようになつている。
この計算器６６の内蔵プログラムは第３図のフ
ローチヤートに示すように構成された制御プログ
ラムを有し、この制御プログラムに従つて各予混
合燃料供給系FA，FB，FCの各調整弁５４Ａ，
５４Ｂ，５４Ｃの開度制御が実行される。
ローチヤートに示すように構成された制御プログ
ラムを有し、この制御プログラムに従つて各予混
合燃料供給系FA，FB，FCの各調整弁５４Ａ，
５４Ｂ，５４Ｃの開度制御が実行される。
すなわち、第３図に示すように、まず、タービ
ン負荷が設定されると、計算器６６の内蔵プログ
ラムにて設定された燃料パターンに従つて各予混
合燃料供給系FA，FB，FCから燃焼器５２へタ
ービン負荷に応じた量の燃料が供給される。各予
混合燃料供給系FA，FB，FCからの供給量が設
定量に達する迄各調整弁５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ
の開度制御が繰り返される。
ン負荷が設定されると、計算器６６の内蔵プログ
ラムにて設定された燃料パターンに従つて各予混
合燃料供給系FA，FB，FCから燃焼器５２へタ
ービン負荷に応じた量の燃料が供給される。各予
混合燃料供給系FA，FB，FCからの供給量が設
定量に達する迄各調整弁５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ
の開度制御が繰り返される。
所要の予混合燃料供給系FA，FB，FCから燃
料が燃焼器５２へ供給されると、この燃料は第４
図に示すように燃焼器内筒５２Ａの外周の環状空
間５２Ｂに配設された予混合室５２Ｃ内へまず送
り込まれる。次に、この予混合室５２Ｃにおい
て、燃焼器内筒５２Ａの外周を流通してこれを強
制的に冷却する高圧空気５３に燃料が予混合さ
れ、空気穴５２Ｄを通して燃焼器内筒５２Ａ内へ
流入する。この燃焼器内筒５２Ａ内では、予混合
燃料供給系FAの途中から分岐して燃焼ノズル５
２Ｅに接続された分岐路FAaを通して燃料が供
給されて拡散燃焼が既に行なわれている。したが
つて、拡散燃焼用の燃焼ノズル５２Ｅおよびスワ
ラ５２Ｆにより形成される逆流領域５２Ｇには安
定した火炎が形成される。さらに、複数系の予混
合ガスのジエツト流５２Ｈが第４図中矢印に示す
ように逆流領域５２Ｇ付近に対向して流れるの
で、火炎は一層安定する。この火炎はジエツト流
５２Ｈとして燃焼器内筒５２Ａへ流入する予混合
ガスの着火源となり、順次下流側へ火炎が拡散さ
れ燃焼が継続される。この予混合ガスの当量比
（φ）は燃料希薄条件、例えばφ＝0.7〜0.5で混
合されているので、燃焼による火炎温度の上昇が
少ない。このために、NOxの発生量は拡散燃焼
時に比較して極端に少ない。
料が燃焼器５２へ供給されると、この燃料は第４
図に示すように燃焼器内筒５２Ａの外周の環状空
間５２Ｂに配設された予混合室５２Ｃ内へまず送
り込まれる。次に、この予混合室５２Ｃにおい
て、燃焼器内筒５２Ａの外周を流通してこれを強
制的に冷却する高圧空気５３に燃料が予混合さ
れ、空気穴５２Ｄを通して燃焼器内筒５２Ａ内へ
流入する。この燃焼器内筒５２Ａ内では、予混合
燃料供給系FAの途中から分岐して燃焼ノズル５
２Ｅに接続された分岐路FAaを通して燃料が供
給されて拡散燃焼が既に行なわれている。したが
つて、拡散燃焼用の燃焼ノズル５２Ｅおよびスワ
ラ５２Ｆにより形成される逆流領域５２Ｇには安
定した火炎が形成される。さらに、複数系の予混
合ガスのジエツト流５２Ｈが第４図中矢印に示す
ように逆流領域５２Ｇ付近に対向して流れるの
で、火炎は一層安定する。この火炎はジエツト流
５２Ｈとして燃焼器内筒５２Ａへ流入する予混合
ガスの着火源となり、順次下流側へ火炎が拡散さ
れ燃焼が継続される。この予混合ガスの当量比
（φ）は燃料希薄条件、例えばφ＝0.7〜0.5で混
合されているので、燃焼による火炎温度の上昇が
少ない。このために、NOxの発生量は拡散燃焼
時に比較して極端に少ない。
また、予混合ガスによる燃料希薄燃焼であるの
で、火炎放射も少なく、燃焼器内筒５２Ａの温度
が比較的低くできるために、燃焼器５２の長寿命
化を図ることができる。
で、火炎放射も少なく、燃焼器内筒５２Ａの温度
が比較的低くできるために、燃焼器５２の長寿命
化を図ることができる。
さらに、予混合室５２Ｃ内における予混合ガス
の平均流速は乱流燃焼速度より大きくなつている
ので、逆火等の現象の発生を防止することができ
る。
の平均流速は乱流燃焼速度より大きくなつている
ので、逆火等の現象の発生を防止することができ
る。
さらにまた、複数系統、すなわち３系統の予混
合燃料供給系FA，FB，FCより燃焼器５２へ燃
料を供給し、しかも、部分負荷値に燃料スケジユ
ール７０Ｂ，７０Ｃの燃料開始点である第１、第
２切換点Ｃ１，Ｃ２を設定しているので、第５図
に示すように部分負荷運転時におけるNOxのピ
ーク値NOxpとCOのピーク値COpとを共に低減
することができる。すなわち、第１、第２切換点
Ｃ１，Ｃ２はFBおよびFCの予混合燃料供給系に
よる燃料供給を開始する立上り点であり、燃料供
給量が零から急唆に立上るために、立上り初期で
は燃料希薄燃焼して、第５図に示すようにCOピ
ーク値COpが急上昇し、急激な燃料供給量の増量
と共にCO発生量が漸次降下させて行く。そして、
タービン負荷が漸次増えて行くと、燃焼器５２の
出口温度が上昇するので、COの発生量は低下す
る。
合燃料供給系FA，FB，FCより燃焼器５２へ燃
料を供給し、しかも、部分負荷値に燃料スケジユ
ール７０Ｂ，７０Ｃの燃料開始点である第１、第
２切換点Ｃ１，Ｃ２を設定しているので、第５図
に示すように部分負荷運転時におけるNOxのピ
ーク値NOxpとCOのピーク値COpとを共に低減
することができる。すなわち、第１、第２切換点
Ｃ１，Ｃ２はFBおよびFCの予混合燃料供給系に
よる燃料供給を開始する立上り点であり、燃料供
給量が零から急唆に立上るために、立上り初期で
は燃料希薄燃焼して、第５図に示すようにCOピ
ーク値COpが急上昇し、急激な燃料供給量の増量
と共にCO発生量が漸次降下させて行く。そして、
タービン負荷が漸次増えて行くと、燃焼器５２の
出口温度が上昇するので、COの発生量は低下す
る。
一方、NOxの発生量はCOの発生量と反比例し
て増減する。いずれにしてもCOピーク値COpお
よびNOxピーク値NOxpはピーク値を２箇所有
する双峰性をそれぞれ示し、全体としては低減さ
れる。
て増減する。いずれにしてもCOピーク値COpお
よびNOxピーク値NOxpはピーク値を２箇所有
する双峰性をそれぞれ示し、全体としては低減さ
れる。
こうしてNOxおよびCO濃度を低減させた高温
ガス５６はタービン５８へ導入されて仕事をす
る。タービン５８の駆動力の一部は空気圧縮機５
０の駆動に用いられる。このタービン５８への導
入の途中、高温ガス５６は温度センサからなる負
荷検出器６２によりガス温度が検出されると共
に、圧力センサ６３により気柱振動および燃焼振
動が検出される。これら検出器６２，６３からの
検出出力は各変換器６８，６９にて計算器用信号
に変換されてから計算器６６のインプツトポート
へ入力される。計算器６６は負荷検出器６２から
の温度検出値を演算してタービン負荷を算出し、
タービン負荷に応じた燃料を各予混合燃料供給系
FA，FB，FCを介して燃焼器５２へ供給させる。
また、計算器６６は圧力センサ６３および排ガス
分析計６５からの各検出出力を所要の燃焼振動設
定値、NOxおよびCO濃度設定値とそれぞれ比較
し、各検出出力が各設定値を超えたときは第１、
第２切換点Ｃ１，Ｃ２のタービン負荷値を移動
し、または第１、第２切換点Ｃ１，Ｃ２における
燃料供給増減量を適宜調節し、火炎温度を変える
ことにより、燃焼振動レベルやタービン排ガス中
のNOxおよびCO濃度を制御することができる。
ガス５６はタービン５８へ導入されて仕事をす
る。タービン５８の駆動力の一部は空気圧縮機５
０の駆動に用いられる。このタービン５８への導
入の途中、高温ガス５６は温度センサからなる負
荷検出器６２によりガス温度が検出されると共
に、圧力センサ６３により気柱振動および燃焼振
動が検出される。これら検出器６２，６３からの
検出出力は各変換器６８，６９にて計算器用信号
に変換されてから計算器６６のインプツトポート
へ入力される。計算器６６は負荷検出器６２から
の温度検出値を演算してタービン負荷を算出し、
タービン負荷に応じた燃料を各予混合燃料供給系
FA，FB，FCを介して燃焼器５２へ供給させる。
また、計算器６６は圧力センサ６３および排ガス
分析計６５からの各検出出力を所要の燃焼振動設
定値、NOxおよびCO濃度設定値とそれぞれ比較
し、各検出出力が各設定値を超えたときは第１、
第２切換点Ｃ１，Ｃ２のタービン負荷値を移動
し、または第１、第２切換点Ｃ１，Ｃ２における
燃料供給増減量を適宜調節し、火炎温度を変える
ことにより、燃焼振動レベルやタービン排ガス中
のNOxおよびCO濃度を制御することができる。
第６図は本発明の他の実施例を示す系統図であ
り、本実施例が第１図で示す実施例と相違する点
は予混合燃料供給系を２系統FA，FBにして１系
統FCを省略したことにある。これ以外は第１図
で示す実施例と殆ど同様に構成されているので、
第２図において第１図と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略する。但し、予混合燃料供
給系が２系統FA，FBであるために、これら供給
系FA，FBの燃料供給動作を制御する計算器６６
のプログラムは２系統用の燃料供給パターンと１
つの切換点を設定するに過ぎない。
り、本実施例が第１図で示す実施例と相違する点
は予混合燃料供給系を２系統FA，FBにして１系
統FCを省略したことにある。これ以外は第１図
で示す実施例と殆ど同様に構成されているので、
第２図において第１図と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略する。但し、予混合燃料供
給系が２系統FA，FBであるために、これら供給
系FA，FBの燃料供給動作を制御する計算器６６
のプログラムは２系統用の燃料供給パターンと１
つの切換点を設定するに過ぎない。
本実施例によれば、予混合燃料供給系FA，FB
が２系統であるために、計算器６６にプログラム
された燃料供給パターンや制御用プログラムの簡
素化を図ることができる。
が２系統であるために、計算器６６にプログラム
された燃料供給パターンや制御用プログラムの簡
素化を図ることができる。
以上説明したように本発明は、燃焼器に燃料を
調節可能に供給すると共にこの燃料を空気に予混
合する予混合燃料供給系を複数系統設け、これら
予混合燃料供給系による燃料供給開始時およびこ
の開始時ないしそれ以降の燃料供給量をタービン
負荷に対応させて系統毎にそれぞれ設定した燃料
供給パターンを計算器にプログラムし、計算器は
この燃料供給パターンに基づいて各予混合燃料供
給系の燃料供給動作を制御すると共に、タービン
排ガス中のNOxおよびCO濃度と、気柱振動およ
び燃焼振動との検出値により各燃料供給パターン
を適宜変更するようにした。
調節可能に供給すると共にこの燃料を空気に予混
合する予混合燃料供給系を複数系統設け、これら
予混合燃料供給系による燃料供給開始時およびこ
の開始時ないしそれ以降の燃料供給量をタービン
負荷に対応させて系統毎にそれぞれ設定した燃料
供給パターンを計算器にプログラムし、計算器は
この燃料供給パターンに基づいて各予混合燃料供
給系の燃料供給動作を制御すると共に、タービン
排ガス中のNOxおよびCO濃度と、気柱振動およ
び燃焼振動との検出値により各燃料供給パターン
を適宜変更するようにした。
したがつて、本発明によれば、タービン負荷の
変動に応じて複数の予混合燃料供給系による燃料
供給量等を制御して予混合率を適宜調整し、燃焼
器内の火炎温度を変えることができるので、特に
部分負荷運転時におけるタービン排ガス中の
NOxおよびCO濃度を低減させると共に、気柱振
動や燃焼振動を低下することができる。また、予
混合燃料供給系より供給される燃料の種類や、ガ
スタービン容量の大小や、タービンの運転方法に
応じた燃料供給パターンをそれぞれ計算器にプロ
グラムした場合には、これら燃料種類等の変更に
応じた適切な燃料供給が図られ、プラント運転上
のコストを低減させる効果を奏する。
変動に応じて複数の予混合燃料供給系による燃料
供給量等を制御して予混合率を適宜調整し、燃焼
器内の火炎温度を変えることができるので、特に
部分負荷運転時におけるタービン排ガス中の
NOxおよびCO濃度を低減させると共に、気柱振
動や燃焼振動を低下することができる。また、予
混合燃料供給系より供給される燃料の種類や、ガ
スタービン容量の大小や、タービンの運転方法に
応じた燃料供給パターンをそれぞれ計算器にプロ
グラムした場合には、これら燃料種類等の変更に
応じた適切な燃料供給が図られ、プラント運転上
のコストを低減させる効果を奏する。
第１図は本発明に係るガスタービンの一実施例
を示す系統図、第２図は第１図で示す計算器にプ
ログラムされた各予混合燃料供給系の燃料供給パ
ターンのパターン図、第３図は第１図で示す計算
器に内蔵された制御プログラムのフローチヤー
ト、第４図は第１図で示す燃焼器を一部詳細に示
す部分詳細図、第５図は第１図で示す実施例のタ
ービン排ガス中のNOxおよびCO濃度分布をター
ビン負荷に対応して示すグラフ、第６図は本発明
の他の実施例を示す系統図、第７図は一般的なガ
スタービンの基本構成を示す系統図、第８図は予
混合率の上昇による燃焼器におけるNOx発生量
の低減効果を示すグラフ、第９図は従来のガスタ
ービンの系統図、第１０図は第９図で示す従来の
ガスタービンのNOxおよびCO発生量をタービン
負荷に対応させて示すグラフである。 ５０……空気圧縮機、５１……大気、５２……
燃焼器、５３……圧縮空気、５４Ａ，５４Ｂ，５
４Ｃ……調整弁、５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ……流
量計、５６……高温ガス、５７……被駆動機、５
８……タービン、５９……タービン排ガス、６０
……熱交換器、６２……負荷検出器、６３……圧
力センサ、６４……排ガスセンサ、６６……計算
器、６７，６８，６９……変換器。
を示す系統図、第２図は第１図で示す計算器にプ
ログラムされた各予混合燃料供給系の燃料供給パ
ターンのパターン図、第３図は第１図で示す計算
器に内蔵された制御プログラムのフローチヤー
ト、第４図は第１図で示す燃焼器を一部詳細に示
す部分詳細図、第５図は第１図で示す実施例のタ
ービン排ガス中のNOxおよびCO濃度分布をター
ビン負荷に対応して示すグラフ、第６図は本発明
の他の実施例を示す系統図、第７図は一般的なガ
スタービンの基本構成を示す系統図、第８図は予
混合率の上昇による燃焼器におけるNOx発生量
の低減効果を示すグラフ、第９図は従来のガスタ
ービンの系統図、第１０図は第９図で示す従来の
ガスタービンのNOxおよびCO発生量をタービン
負荷に対応させて示すグラフである。 ５０……空気圧縮機、５１……大気、５２……
燃焼器、５３……圧縮空気、５４Ａ，５４Ｂ，５
４Ｃ……調整弁、５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ……流
量計、５６……高温ガス、５７……被駆動機、５
８……タービン、５９……タービン排ガス、６０
……熱交換器、６２……負荷検出器、６３……圧
力センサ、６４……排ガスセンサ、６６……計算
器、６７，６８，６９……変換器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃焼器と、これに燃料を調節可能に供給する
と共にこの燃料を空気に予混合する複数の予混合
燃料供給系と、これら予混合燃料供給系の各燃料
供給開始時およびこの開始時ないしそれ以降の燃
料供給量をタービン負荷に対応させて設定した燃
料供給パターンを前記各予混合燃料供給系毎にそ
れぞれプログラムすると共に、この燃料供給パタ
ーンには燃料供給開始順が次順となる予混合燃料
供給系の燃料供給開始量をその前系の減少分に等
しくさせた切換点を部分負荷値に複数設けた計算
器と、前記燃焼器の出口温度を検出する負荷検出
器と、上記燃焼器の下流にて気柱振動および燃焼
振動を検出する圧力センサと、タービン排気ガス
中のNOxおよびCO濃度を検出する排ガスセンサ
とを有し、上記計算器は上記負荷検出器からの検
出出力よりタービン負荷を演算しこのタービン負
荷に対応した燃料供給量を燃料供給パターンより
求めて各予混合燃料供給系より供給させると共
に、上記圧力センサおよび排ガスセンサからの検
出信号の検出値に応じて上記燃料供給パターンの
切換点およびこの切換点における燃料供給量を調
整することによりタービン排ガス中のNOxおよ
びCO濃度を適宜制御することを特徴とするガス
タービン。 ２ 計算器は、予混合燃料供給系より供給する燃
料の種類やタービン運転方法に応じた燃料供給パ
ターンをそれぞれ設定したプログラムをそれぞれ
内蔵している特許請求の範囲第１項に記載のガス
タービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3549085A JPS61197726A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | ガスタ−ビン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3549085A JPS61197726A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | ガスタ−ビン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61197726A JPS61197726A (ja) | 1986-09-02 |
| JPH0544537B2 true JPH0544537B2 (ja) | 1993-07-06 |
Family
ID=12443184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3549085A Granted JPS61197726A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | ガスタ−ビン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61197726A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674892B2 (ja) * | 1987-06-10 | 1994-09-21 | 株式会社日立製作所 | 多段燃焼器の燃焼制御方法及びその装置 |
| JP2618448B2 (ja) * | 1988-08-09 | 1997-06-11 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン燃焼器状態監視装置及び監視方法及び制御方法 |
| JPH0579631A (ja) * | 1991-09-19 | 1993-03-30 | Hitachi Ltd | 燃焼器設備 |
| US5480298A (en) * | 1992-05-05 | 1996-01-02 | General Electric Company | Combustion control for producing low NOx emissions through use of flame spectroscopy |
| US5487266A (en) * | 1992-05-05 | 1996-01-30 | General Electric Company | Combustion control for producing low NOx emissions through use of flame spectroscopy |
| US5257496A (en) * | 1992-05-05 | 1993-11-02 | General Electric Company | Combustion control for producing low NOx emissions through use of flame spectroscopy |
| US5365732A (en) * | 1993-04-19 | 1994-11-22 | General Electric Company | Retrofittable trim system for fuel-air optimization in cannular gas turbine combustors |
| JP2554836B2 (ja) * | 1993-12-24 | 1996-11-20 | 株式会社東芝 | 脱硝制御装置 |
| US5813212A (en) * | 1993-12-24 | 1998-09-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitrogen oxide removal control apparatus |
| US5763888A (en) * | 1995-01-30 | 1998-06-09 | Ametek Aerospace Products, Inc. | High temperature gas stream optical flame sensor and method for fabricating same |
| US5961314A (en) * | 1997-05-06 | 1999-10-05 | Rosemount Aerospace Inc. | Apparatus for detecting flame conditions in combustion systems |
| US7136809B2 (en) * | 2002-10-31 | 2006-11-14 | United Technologies Corporation | Method for performing an empirical test for the presence of bi-modal data |
-
1985
- 1985-02-25 JP JP3549085A patent/JPS61197726A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61197726A (ja) | 1986-09-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |