JPH0674892B2 - 多段燃焼器の燃焼制御方法及びその装置 - Google Patents
多段燃焼器の燃焼制御方法及びその装置Info
- Publication number
- JPH0674892B2 JPH0674892B2 JP62143151A JP14315187A JPH0674892B2 JP H0674892 B2 JPH0674892 B2 JP H0674892B2 JP 62143151 A JP62143151 A JP 62143151A JP 14315187 A JP14315187 A JP 14315187A JP H0674892 B2 JPH0674892 B2 JP H0674892B2
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- Japan
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- stage
- fuel
- combustion
- nox
- combustor
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ガスタービン用燃焼器に係り、特に排気
ガス中の窒素酸化物（NOx）濃度の低い多段燃焼器の燃
焼制御方法並びにその装置に関するものである。
ガス中の窒素酸化物（NOx）濃度の低い多段燃焼器の燃
焼制御方法並びにその装置に関するものである。
本発明に関する従来技術としては、エイ・エス・エム・
イー ペーパー 85−GT−50（1985）（ASME paper 85
−GT−50（1985））に通常の燃焼器をNOx,COの値を制限
値以内におさえて運転するため、燃焼器内に水噴射を行
ない、その量を大気温度によつて経験的に一義的に決定
している例がある。
イー ペーパー 85−GT−50（1985）（ASME paper 85
−GT−50（1985））に通常の燃焼器をNOx,COの値を制限
値以内におさえて運転するため、燃焼器内に水噴射を行
ない、その量を大気温度によつて経験的に一義的に決定
している例がある。
上記、従来技術は、燃焼器の燃焼ガス温度を低下してNO
xを低減するために水噴射をしているものである。
xを低減するために水噴射をしているものである。
この方式においては燃料噴射ノズルが燃焼室の頭部にの
み設けられた、いわゆる単段燃焼であるため、単に水噴
射量を大気温度のみの関数として経験的な値に一義的に
定めて低NOx運転を行なつている。
み設けられた、いわゆる単段燃焼であるため、単に水噴
射量を大気温度のみの関数として経験的な値に一義的に
定めて低NOx運転を行なつている。
このような湿式のNOx低減法は、ガスタービンプラント
全体として効率の低下を伴うため、水噴射を行わない。
いわゆる乾式のNOx低減法が種々開発されつつある。乾
式の低NOx化技術は、従来技術に示した湿式の方法と
は、異なる技術であり、大気温度などの変化に対する要
求に対しては、当然ながら異なる対応が必要になる。
全体として効率の低下を伴うため、水噴射を行わない。
いわゆる乾式のNOx低減法が種々開発されつつある。乾
式の低NOx化技術は、従来技術に示した湿式の方法と
は、異なる技術であり、大気温度などの変化に対する要
求に対しては、当然ながら異なる対応が必要になる。
本発明の目的は、２段燃焼器、すなわち１段目は拡散燃
焼し、２段目は予混合燃焼する燃焼器において、大気温
度，湿度ほかの周囲条件の変化によるNOx値の変化を、
燃空比の配分の制御によつて吸収し、いかなる条件にお
いてもNOx値を制限値以内におさえる運転を行う多段燃
焼器の燃焼制御方法及びその方法を実施するための装置
を提供することにある。
焼し、２段目は予混合燃焼する燃焼器において、大気温
度，湿度ほかの周囲条件の変化によるNOx値の変化を、
燃空比の配分の制御によつて吸収し、いかなる条件にお
いてもNOx値を制限値以内におさえる運転を行う多段燃
焼器の燃焼制御方法及びその方法を実施するための装置
を提供することにある。
上記の目的は、２段燃焼器の第１段目および第２段目の
総合燃料供給量を負荷により定まる値に保ちつつ、第１
段目燃料流量と第２段目燃料流量との比を、燃焼ガス中
のNOxの濃度に応じて変えることにより達成される。
総合燃料供給量を負荷により定まる値に保ちつつ、第１
段目燃料流量と第２段目燃料流量との比を、燃焼ガス中
のNOxの濃度に応じて変えることにより達成される。
具体的な方法としては、第１段目及び第２段目燃料供給
手段の総合燃料流量を負荷により定まる値に保ちつつ、
第１段目及び第２段目燃料供給手段への燃料分流比を、
通常は一定値に設定されており、燃焼ガス中のNOxの濃
度が許容値を越えた場合、第２段目燃料供給手段への燃
料流量の比率が高くなるように調整することを特徴とす
る。
手段の総合燃料流量を負荷により定まる値に保ちつつ、
第１段目及び第２段目燃料供給手段への燃料分流比を、
通常は一定値に設定されており、燃焼ガス中のNOxの濃
度が許容値を越えた場合、第２段目燃料供給手段への燃
料流量の比率が高くなるように調整することを特徴とす
る。
また、上記の方法を実施するための装置は燃焼ガス中の
NOxを検出するNOx濃度検出手段からの信号に応じて、前
記第１段目及び第２段目ノズルの総合燃料流量を負荷に
より定まる値に保ちつつ、両ノズルへの分流比を変更す
る手段を設けたことを特徴とする。
NOxを検出するNOx濃度検出手段からの信号に応じて、前
記第１段目及び第２段目ノズルの総合燃料流量を負荷に
より定まる値に保ちつつ、両ノズルへの分流比を変更す
る手段を設けたことを特徴とする。
更に、前記第１段目ノズルは、燃焼室内に突出して設け
られ、第２段目ノズルは空気供給路に設けられ、燃焼室
内には第１段目ノズルからの燃料による拡散火炎と、第
２段目ノズルからの燃料による予混合火炎とが形成され
るように構成してもよい。
られ、第２段目ノズルは空気供給路に設けられ、燃焼室
内には第１段目ノズルからの燃料による拡散火炎と、第
２段目ノズルからの燃料による予混合火炎とが形成され
るように構成してもよい。
更にまた、前記総合燃料量を負荷に応じて決定する手段
は、負荷要求信号から総合燃料流量信号を出力する変換
器と、前記総合燃料流量信号を所定の比に分割する分割
器とを含み、前記分流比を変更する手段はNOx濃度検出
手段からの検出信号に応じて前記分割器にて分割された
信号の一方に所定値を加え、他方より所定値を減ずるよ
うに補正を加える加算器と、前記補正された信号に応じ
て、前記第１段目ノズル、第２段目ノズルへの燃料量を
制御する調整弁とを含むように構成してもよい。
は、負荷要求信号から総合燃料流量信号を出力する変換
器と、前記総合燃料流量信号を所定の比に分割する分割
器とを含み、前記分流比を変更する手段はNOx濃度検出
手段からの検出信号に応じて前記分割器にて分割された
信号の一方に所定値を加え、他方より所定値を減ずるよ
うに補正を加える加算器と、前記補正された信号に応じ
て、前記第１段目ノズル、第２段目ノズルへの燃料量を
制御する調整弁とを含むように構成してもよい。
多段燃焼器の一例として、第１段目に拡散燃焼、第２段
に予混合燃焼を行なう２多燃焼器をとり本発明の作用の
原理を説明する。
に予混合燃焼を行なう２多燃焼器をとり本発明の作用の
原理を説明する。
燃焼現象を大別すると拡散燃焼と予混合燃焼になる。こ
れらの燃焼をおこす場合のNOx発生量は一般的に第２図
のようになる。この図からわかるように、NOxの発生量
を低減するためには稀薄燃焼が非常に有効である。ま
た、予混合の度合をあげた方、つまり完全予混合にする
と、燃空比が低くなるにつれて急激にNOxが小さくなりN
Ox低減の可能性が大きいことがわかる。
れらの燃焼をおこす場合のNOx発生量は一般的に第２図
のようになる。この図からわかるように、NOxの発生量
を低減するためには稀薄燃焼が非常に有効である。ま
た、予混合の度合をあげた方、つまり完全予混合にする
と、燃空比が低くなるにつれて急激にNOxが小さくなりN
Ox低減の可能性が大きいことがわかる。
しかし、燃焼の安定性からみると拡散燃焼の場合より予
混合燃焼の場合が安定な燃空比の範囲が狭いという特徴
を持つている。
混合燃焼の場合が安定な燃空比の範囲が狭いという特徴
を持つている。
一方、ガスタービン燃焼器は起動から定格負荷まで、燃
空比の変化範囲が非常に広いのが特徴の１つである。運
転の全負荷帯で安定な運転を行なうには、燃空比の変化
の大きい、起動，低負荷帯では安定燃焼範囲の広い拡散
燃焼を用い、NOxの低減が必要な高負荷時には予混合燃
焼を行なうことが有効になる。
空比の変化範囲が非常に広いのが特徴の１つである。運
転の全負荷帯で安定な運転を行なうには、燃空比の変化
の大きい、起動，低負荷帯では安定燃焼範囲の広い拡散
燃焼を用い、NOxの低減が必要な高負荷時には予混合燃
焼を行なうことが有効になる。
第３図は第１段，第２段ノズル（F1,F2）の作動域を示
したものである。拡散燃焼のみの燃焼方式と、稀薄燃焼
を用いた拡散燃焼と予混合燃焼の組合せた方式の比較し
て示してある。従来の拡散燃焼方式のみの場合に対し
て、第１段目には稀薄燃焼の拡散燃焼ノズルを用い、第
２段目には予混合燃焼ノズルを用い、総合的にNOxの低
減をはかつている例である。この燃焼器の詳細は特開昭
61−22127号公報に開示されている。
したものである。拡散燃焼のみの燃焼方式と、稀薄燃焼
を用いた拡散燃焼と予混合燃焼の組合せた方式の比較し
て示してある。従来の拡散燃焼方式のみの場合に対し
て、第１段目には稀薄燃焼の拡散燃焼ノズルを用い、第
２段目には予混合燃焼ノズルを用い、総合的にNOxの低
減をはかつている例である。この燃焼器の詳細は特開昭
61−22127号公報に開示されている。
以上がNOxの面から見た２段燃焼器の作動の概略である
が、実機の燃焼器の燃焼性能という面から考えると一酸
化炭素COの問題がある。COは未燃成分の一つであり、燃
焼性能が悪くなると発生量が増加する。第４図は第１段
目と第２段目の燃空比とCO,NOxの関係を示したものであ
る。本燃焼器の場合はまず第１段目のノズルに着比し、
次に、第１段目の火炎によつて第２段目の着火する方式
をとつている。第１段の空燃比F1/A1一定値0.02の場合
を例にとつて第４図を説明する。F1/A1＝0.02で第１段
の燃焼を行ない、ある負荷に達したのち、第２段目に着
火させるため、燃空比を上昇させてゆくとF2/A2＝0.02
付近の斜線の領域でF2に着火するしかし、十分な燃焼に
は至らずCOが多く発生する。このCOもF2/A2が大きくな
るにつれて、燃焼が十分に行なわれるようになり、低下
してくる。このことは、燃焼ガス温度が次第に高くなつ
てくることも示しており、COが低下してゆくと同時にNO
xが増加する。斜線で示した領域が約150ppmの領域であ
り、F2/A2が増加するに従つてさらにNOxは増加してゆく
ことになる。実機の燃焼器においはF1/A1＝0.02の場合C
O,NOxともに低い領域であるF2/A2が0.03から0.04の間で
運転点が選定されることになる。
が、実機の燃焼器の燃焼性能という面から考えると一酸
化炭素COの問題がある。COは未燃成分の一つであり、燃
焼性能が悪くなると発生量が増加する。第４図は第１段
目と第２段目の燃空比とCO,NOxの関係を示したものであ
る。本燃焼器の場合はまず第１段目のノズルに着比し、
次に、第１段目の火炎によつて第２段目の着火する方式
をとつている。第１段の空燃比F1/A1一定値0.02の場合
を例にとつて第４図を説明する。F1/A1＝0.02で第１段
の燃焼を行ない、ある負荷に達したのち、第２段目に着
火させるため、燃空比を上昇させてゆくとF2/A2＝0.02
付近の斜線の領域でF2に着火するしかし、十分な燃焼に
は至らずCOが多く発生する。このCOもF2/A2が大きくな
るにつれて、燃焼が十分に行なわれるようになり、低下
してくる。このことは、燃焼ガス温度が次第に高くなつ
てくることも示しており、COが低下してゆくと同時にNO
xが増加する。斜線で示した領域が約150ppmの領域であ
り、F2/A2が増加するに従つてさらにNOxは増加してゆく
ことになる。実機の燃焼器においはF1/A1＝0.02の場合C
O,NOxともに低い領域であるF2/A2が0.03から0.04の間で
運転点が選定されることになる。
すなわち、NOxとCOには一方が低減されると他方が増加
するという相反する傾向があり、双方ともに満足する領
域を運転領域として選定することが重要である。
するという相反する傾向があり、双方ともに満足する領
域を運転領域として選定することが重要である。
また、実機の燃焼器のNOxの値を左右する重要な要素と
して考えなければならないもに、大気条件，経年変化に
よる形状の変化などがある。NOxは一般に、大気温度，
湿度などによつて大きく変化することがわかつている。
燃焼器の構造によつて実験係数が異なるが、大気温度が
10℃変化すればNOxの値は約４％、湿度が30％変化すれ
ば約６％NOxの値が変化する。さらに、大気温度が変化
すれば圧縮機出口の圧力が変化し、それに続く燃焼器内
の圧力が変化すること、経年変化で燃焼器形状に変形が
起これば燃焼部の燃空比が変化することもあること、な
どによってNOxの値が変化する。
して考えなければならないもに、大気条件，経年変化に
よる形状の変化などがある。NOxは一般に、大気温度，
湿度などによつて大きく変化することがわかつている。
燃焼器の構造によつて実験係数が異なるが、大気温度が
10℃変化すればNOxの値は約４％、湿度が30％変化すれ
ば約６％NOxの値が変化する。さらに、大気温度が変化
すれば圧縮機出口の圧力が変化し、それに続く燃焼器内
の圧力が変化すること、経年変化で燃焼器形状に変形が
起これば燃焼部の燃空比が変化することもあること、な
どによってNOxの値が変化する。
これらの変化を推定する方法は実験的な係数を入れた実
験式で行なうのが通常であり、燃焼器の構造によつて定
めた式を用いて推定を行なつている。実機の運転にあた
つては、このような特性を考慮して行なわなければなら
ない。
験式で行なうのが通常であり、燃焼器の構造によつて定
めた式を用いて推定を行なつている。実機の運転にあた
つては、このような特性を考慮して行なわなければなら
ない。
以上述べたように、一つの燃焼器形状が製作され運転さ
れる場合、NOx,COの量は大気などの周辺条件、第１段，
第２段ノズルに対する燃料配分比などにより定まり、一
義的に定まるものではない。第５図は第１段目の拡散燃
焼と第２段目の予混合燃焼の部分のNOx特性を示したも
のである。同じ当量比の場合には拡散燃焼のNOxは大き
いが当量比の広い範囲での燃焼が可能である。予混合燃
焼はそれとは反対と、NOxは低いが燃焼範囲は狭い。こ
の図から、全体として同じ量の燃料を燃焼させる場合に
おいても、換言すれば、負荷が一定の時においても第１
段と第２段の燃料配分を変えれば、空気配分一定の条件
では燃空比の配分が変わり、全体のNOxの値を変えるこ
とができることが推定できる。
れる場合、NOx,COの量は大気などの周辺条件、第１段，
第２段ノズルに対する燃料配分比などにより定まり、一
義的に定まるものではない。第５図は第１段目の拡散燃
焼と第２段目の予混合燃焼の部分のNOx特性を示したも
のである。同じ当量比の場合には拡散燃焼のNOxは大き
いが当量比の広い範囲での燃焼が可能である。予混合燃
焼はそれとは反対と、NOxは低いが燃焼範囲は狭い。こ
の図から、全体として同じ量の燃料を燃焼させる場合に
おいても、換言すれば、負荷が一定の時においても第１
段と第２段の燃料配分を変えれば、空気配分一定の条件
では燃空比の配分が変わり、全体のNOxの値を変えるこ
とができることが推定できる。
第６図は、空気配分一定の条件で前述のような種々の周
辺環境の変化に対して、いかにしてNOx,COの値を制御す
るかを示したものである。座標軸としてはNOx,COの値と
ガスタービン負荷をとつてある。ガスタービン負荷は第
１段目の燃料量F1と第２段目の燃料量F2を総合した値
（F1＋F2）に比例する値であり、（F1＋F2）をとつてい
るとも云える。今、運転負荷範囲をLA〜LBとする。NOx
の曲線群は（NOx−Ｌ）上面の曲線であり、パラメータ
としてF1/（F1＋F2）をとつており、この値が大きい程N
Oxが高くなる。NOxの制限値をNAとすると負荷LA,LBの時
の点1N,2Nを結ぶ直線以下にNOxの値があればよい。
辺環境の変化に対して、いかにしてNOx,COの値を制御す
るかを示したものである。座標軸としてはNOx,COの値と
ガスタービン負荷をとつてある。ガスタービン負荷は第
１段目の燃料量F1と第２段目の燃料量F2を総合した値
（F1＋F2）に比例する値であり、（F1＋F2）をとつてい
るとも云える。今、運転負荷範囲をLA〜LBとする。NOx
の曲線群は（NOx−Ｌ）上面の曲線であり、パラメータ
としてF1/（F1＋F2）をとつており、この値が大きい程N
Oxが高くなる。NOxの制限値をNAとすると負荷LA,LBの時
の点1N,2Nを結ぶ直線以下にNOxの値があればよい。
しかし、NOxが下がりすぎると一般にCOが多くなる。CO
の曲線群は（NOx−CO）面上の曲線であり、例えば、負
荷LAでのCOの曲線でみれば、NOx1NでのCOの値は1c、NOx
3NでのCOの値は3Cであり、NOxの値が下がると、COは急
激に増加する。COの制限値をCAとすると、負荷LAでのCO
の制限値の点は3cであり、これに対するNOxの値は3Nと
なる。したがつて、NOx,COを考慮すれば負荷LAの時には
1Nと3Nの間で運転すればよいことになり、この間のNOx
の値はパラメータF1/（F1＋F2）を選ぶことによつて変
化できることになる。負荷LBの時も同様に2Nと4Nの間に
運転可能領域がある。
の曲線群は（NOx−CO）面上の曲線であり、例えば、負
荷LAでのCOの曲線でみれば、NOx1NでのCOの値は1c、NOx
3NでのCOの値は3Cであり、NOxの値が下がると、COは急
激に増加する。COの制限値をCAとすると、負荷LAでのCO
の制限値の点は3cであり、これに対するNOxの値は3Nと
なる。したがつて、NOx,COを考慮すれば負荷LAの時には
1Nと3Nの間で運転すればよいことになり、この間のNOx
の値はパラメータF1/（F1＋F2）を選ぶことによつて変
化できることになる。負荷LBの時も同様に2Nと4Nの間に
運転可能領域がある。
以上のようなことから、LA〜LBの運転範囲においては、
1N−2N−4N−3Nの四辺形の中にNOxが入るようにF1/（F1
＋F2）を選べばCOの制限値も満たした運転が可能であ
る。
1N−2N−4N−3Nの四辺形の中にNOxが入るようにF1/（F1
＋F2）を選べばCOの制限値も満たした運転が可能であ
る。
例えば、負荷LBの時、大気温度など周辺条件の変化によ
つてNOxがＺ点のような制限範囲に入らないことは起り
得ることである。この場合、NOx,COを制限値内に抑える
には、（F1＋F2）を一定、すなわち、負荷LB一定のまま
で、F1,F2の割合を変えることによつてF1/（F1＋F2）を
小さくし、NOxを2N以下にすることができる。
つてNOxがＺ点のような制限範囲に入らないことは起り
得ることである。この場合、NOx,COを制限値内に抑える
には、（F1＋F2）を一定、すなわち、負荷LB一定のまま
で、F1,F2の割合を変えることによつてF1/（F1＋F2）を
小さくし、NOxを2N以下にすることができる。
NOxを制限値に抑えた場合の運転点は1N−2Nの線上にあ
り、3N−4Nの線上はCOの制限値を満たすNOxの最低値を
実現する線であり、NOxから見れば最適値の運転線であ
る。また、F1/（F1＋F2）を選ぶことにより運転者はNOx
を設定して運転することも可能である。
り、3N−4Nの線上はCOの制限値を満たすNOxの最低値を
実現する線であり、NOxから見れば最適値の運転線であ
る。また、F1/（F1＋F2）を選ぶことにより運転者はNOx
を設定して運転することも可能である。
以上のように、多段燃焼器において周辺条件の変化によ
つて発生するNOxの変化は、各段の燃料配分を変更する
ことにより制限値内に抑えることが可能である。
つて発生するNOxの変化は、各段の燃料配分を変更する
ことにより制限値内に抑えることが可能である。
〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図によつて説明する。本
図は２段燃焼の場合について適用した場合について示し
たものである。
図は２段燃焼の場合について適用した場合について示し
たものである。
まず、システム構成の概略を説明する。これはコンバイ
ンドプラントの例であるが、空気は圧縮機１に導入さ
れ、高圧にされたのち、２の燃焼器に導かれ、高温の燃
焼ガスになり、タービン３に入り、発電機４を駆動し発
電する。タービン３からの排気ガスは排熱回収ボイラ５
で排熱を蒸気として回収されたのち、脱硝装置６でNOx
をさらに低減され煙突から大気中に放出される。
ンドプラントの例であるが、空気は圧縮機１に導入さ
れ、高圧にされたのち、２の燃焼器に導かれ、高温の燃
焼ガスになり、タービン３に入り、発電機４を駆動し発
電する。タービン３からの排気ガスは排熱回収ボイラ５
で排熱を蒸気として回収されたのち、脱硝装置６でNOx
をさらに低減され煙突から大気中に放出される。
燃焼器２についてさらに詳細に説明する。本燃焼器は２
段燃焼器であり、燃料は第１段燃料（F1）７と第２段燃
料（F2）８に分割され、それぞれ第１段ノズル９と第２
段ノズル10から噴射される。第１段ノズル９には第１段
ヘツダ11があり、複数個の第１段ノズル９に均等に燃料
が配分されるようになつている。第１段ノズル９から噴
射された燃料は内筒12と外筒13でかこまれた副室14で燃
焼する。
段燃焼器であり、燃料は第１段燃料（F1）７と第２段燃
料（F2）８に分割され、それぞれ第１段ノズル９と第２
段ノズル10から噴射される。第１段ノズル９には第１段
ヘツダ11があり、複数個の第１段ノズル９に均等に燃料
が配分されるようになつている。第１段ノズル９から噴
射された燃料は内筒12と外筒13でかこまれた副室14で燃
焼する。
一方、第２段燃料８は第２段ノズル10から噴射されたの
ち、スワラー15を通る間に燃焼用空気と予混合されたの
ち、主室16に導かれ予混合燃焼を起こす。本燃焼器はま
ず第１段燃料に着火し、ある程度の負荷に至るまで燃料
流量を増加させていつた後、第２段の燃料を投入し、第
１段の燃焼ガスを利用して第２段の燃料に点火させ、定
格負荷まで燃料を増加してゆく運転を行なつている。
ち、スワラー15を通る間に燃焼用空気と予混合されたの
ち、主室16に導かれ予混合燃焼を起こす。本燃焼器はま
ず第１段燃料に着火し、ある程度の負荷に至るまで燃料
流量を増加させていつた後、第２段の燃料を投入し、第
１段の燃焼ガスを利用して第２段の燃料に点火させ、定
格負荷まで燃料を増加してゆく運転を行なつている。
ここで発生した高温ガスは尾筒17によつてタービン３に
導かれる。
導かれる。
本システムの例では、ガスタービン３の燃焼ガス、具体
的には、ガスタービン排ガスの成分、特にNOx,COを直接
測定または他の測定値から推定した濃度情報を得る排ガ
ス特性取得装置18と、大気条件、特に気温，湿度等、NO
x発生量に大きく影響を及ぼす量の測定を行なう大気条
件測定装置19と、これに基づき圧縮機出口空気の状態を
推定する圧縮機出口条件（圧力，温度）算出装置20をシ
ステムの制御のための情報として取得し、これらを燃料
流量配分設定装置21に導びき、第１段燃料７と第２段燃
料８の配分を決定する。これにより第１段燃料弁22,第
２段燃料弁23を制御する。
的には、ガスタービン排ガスの成分、特にNOx,COを直接
測定または他の測定値から推定した濃度情報を得る排ガ
ス特性取得装置18と、大気条件、特に気温，湿度等、NO
x発生量に大きく影響を及ぼす量の測定を行なう大気条
件測定装置19と、これに基づき圧縮機出口空気の状態を
推定する圧縮機出口条件（圧力，温度）算出装置20をシ
ステムの制御のための情報として取得し、これらを燃料
流量配分設定装置21に導びき、第１段燃料７と第２段燃
料８の配分を決定する。これにより第１段燃料弁22,第
２段燃料弁23を制御する。
第７図において、ガスタービンの燃料系統および制御系
統につき、更に詳細に説明する。燃焼器２に供給される
燃料32は、第１段燃料と第２段燃料８に分流される。第
１段燃料７は、第１段流量計33により、計測され、第１
段燃料弁22にて流量制御される。第２段燃料23も同様に
第２段流量計34と第２段燃料弁23を通過する。
統につき、更に詳細に説明する。燃焼器２に供給される
燃料32は、第１段燃料と第２段燃料８に分流される。第
１段燃料７は、第１段流量計33により、計測され、第１
段燃料弁22にて流量制御される。第２段燃料23も同様に
第２段流量計34と第２段燃料弁23を通過する。
第１段燃料弁22と第２段燃料弁23は、燃料流量配分設定
装置21（信号分割器）より信号35,36を受け、燃料弁22,
23と流量計33,34は、それぞれ単独でマイナループを構
成し、フイードバツク制御を行なう。
装置21（信号分割器）より信号35,36を受け、燃料弁22,
23と流量計33,34は、それぞれ単独でマイナループを構
成し、フイードバツク制御を行なう。
信号分割器21は、ガスタービンの負荷要求信号37と実測
負荷信号38に偏差が生じると、偏差を零とするよう働く
ともに、負荷要求信号37の関数として、その信号を分割
し、それぞれの燃料弁22,23に与えるものである。
負荷信号38に偏差が生じると、偏差を零とするよう働く
ともに、負荷要求信号37の関数として、その信号を分割
し、それぞれの燃料弁22,23に与えるものである。
分割された信号35,36は、それぞれNOxバイアス信号39と
COバイアス信号40を受ける。NOx濃度の最大設定値41に
対し、例えば、10点のサンプリングによる実測NOx濃度
の平均値42と、比較し、差があり、かつ、実測NOx濃度
が高い場合、ローバリユーゲート43を介して、第１燃料
弁22へ、閉（−）の信号44を与え第２燃料弁23へ開
（＋）の信号45を与えて、F1/F2の比を調整する。実測N
Ox濃度が低い場合は、ローバリユーゲート43から出る信
号39は零であり、燃料弁22,23の開度は、そのまま保持
される。同様に、CO濃度46が設定値47より高くなつた場
合、逆に、第１燃料弁22へ（＋）の信号48を与え、第２
燃料弁23へ（−）の信号49を与える。前者、後者共、第
1,2燃料弁22,23を通過する燃料7,8の総和は常に負荷信
号で定まる値になつている。
COバイアス信号40を受ける。NOx濃度の最大設定値41に
対し、例えば、10点のサンプリングによる実測NOx濃度
の平均値42と、比較し、差があり、かつ、実測NOx濃度
が高い場合、ローバリユーゲート43を介して、第１燃料
弁22へ、閉（−）の信号44を与え第２燃料弁23へ開
（＋）の信号45を与えて、F1/F2の比を調整する。実測N
Ox濃度が低い場合は、ローバリユーゲート43から出る信
号39は零であり、燃料弁22,23の開度は、そのまま保持
される。同様に、CO濃度46が設定値47より高くなつた場
合、逆に、第１燃料弁22へ（＋）の信号48を与え、第２
燃料弁23へ（−）の信号49を与える。前者、後者共、第
1,2燃料弁22,23を通過する燃料7,8の総和は常に負荷信
号で定まる値になつている。
第８図は、第７図における流量計33,34を、燃料弁スト
ロークポテンシヨメータ50,51にて、置き換えたもので
ある。弁ストロークフイードバツク制御方式は、従来の
低NOx化を図らない燃焼器の燃料系統に使われている。
この方式は、燃料流量の分割精度は、おとるが、燃料の
圧力変動の影響を受けにくく、弁ストロークの振動現
象、いわゆるハンチングを起しにくい点にて優れてい
る。
ロークポテンシヨメータ50,51にて、置き換えたもので
ある。弁ストロークフイードバツク制御方式は、従来の
低NOx化を図らない燃焼器の燃料系統に使われている。
この方式は、燃料流量の分割精度は、おとるが、燃料の
圧力変動の影響を受けにくく、弁ストロークの振動現
象、いわゆるハンチングを起しにくい点にて優れてい
る。
信号分割器21は、負荷要求信号37の関数とし、第９図の
如く分割する。ガスタービンの無負荷から25％負荷ま
で、第１燃料弁22のみに信号を与え、第２燃料弁23は、
全閉である。25％負荷にて第２燃料弁22を開とし、第1,
第２燃料7,8の流量を、同一（F1/F2＝１）とする。これ
が、標準の燃料分割であり、実測NOx42またはCO濃度46
が、設定値41,47を越えると、前述の如く、バイアス信
号39,40を受け、F1/F2が、１以外となる。
如く分割する。ガスタービンの無負荷から25％負荷ま
で、第１燃料弁22のみに信号を与え、第２燃料弁23は、
全閉である。25％負荷にて第２燃料弁22を開とし、第1,
第２燃料7,8の流量を、同一（F1/F2＝１）とする。これ
が、標準の燃料分割であり、実測NOx42またはCO濃度46
が、設定値41,47を越えると、前述の如く、バイアス信
号39,40を受け、F1/F2が、１以外となる。
ところで、ガスタービンの最大負荷は、大気温度にて、
大きく変わり、燃料切換点負荷（最大負荷の25％）は、
大気条件19（温度，圧力，湿度）により補正する必要が
あり、この補正法は、ガスタービンメーカならびにユー
ザに良く知られているものである。
大きく変わり、燃料切換点負荷（最大負荷の25％）は、
大気条件19（温度，圧力，湿度）により補正する必要が
あり、この補正法は、ガスタービンメーカならびにユー
ザに良く知られているものである。
たとえば、大気温度が15℃から５℃になつた場合、空気
流量は、3.6％増加する。従つて、大気温度５℃の燃料
切換負荷も、大気温度15℃の燃料切換負荷に対し、3.6
％増加すると、燃焼条件として同一となる。
流量は、3.6％増加する。従つて、大気温度５℃の燃料
切換負荷も、大気温度15℃の燃料切換負荷に対し、3.6
％増加すると、燃焼条件として同一となる。
また、ガスタービンの最大負荷は、経年的に、特に、圧
縮機翼のよごれにより圧縮機効率が低下した場合、変化
し、この影響は、圧縮機吐出条件20（圧力，温度）に現
われる。従つて、燃料切換点負荷は、吐出条件20により
補正する必要があり、この補正法は、ガスタービンメー
カおよびユーザに良く知られているものである。
縮機翼のよごれにより圧縮機効率が低下した場合、変化
し、この影響は、圧縮機吐出条件20（圧力，温度）に現
われる。従つて、燃料切換点負荷は、吐出条件20により
補正する必要があり、この補正法は、ガスタービンメー
カおよびユーザに良く知られているものである。
例えば、圧縮機出入口の温度差が、経年的に５℃上昇し
た場合、燃料流量は、定格条件で１％減となる。従つ
て、燃料切換負荷も、１％減とすると、燃焼条件は、オ
リジナルの条件と同一となる。
た場合、燃料流量は、定格条件で１％減となる。従つ
て、燃料切換負荷も、１％減とすると、燃焼条件は、オ
リジナルの条件と同一となる。
以上の如く、２段燃焼器２の燃料7,8は、制御される
が、どの様な機器においても言えることであるが、機器
異常または、制御異常に、どう対処するか、明確にする
必要があり、以下明らかにする。
が、どの様な機器においても言えることであるが、機器
異常または、制御異常に、どう対処するか、明確にする
必要があり、以下明らかにする。
排ガス特性取得装置６は、ガスタービンの排気ダクト52
から、10ケ所ガスサンプリングを行ない、それぞれ、NO
xおよび（０濃度を分析する。燃焼状態が正常な場合、
各ケ所におけるNOx濃度のその平均値からの偏差は、第1
0図に示す如く非常に小さい。しかしながら、例えば、
燃焼器２の10本の内一本に燃料が過少に流れている場
合、その燃焼器２の下流では、NOx濃度が非常に低くな
り、またCO濃度も増加する。１ケ所でもNOx濃度がその
平均値の90％より低い場合は、演算比較器55にて判別し
警報（ブザー58,ランプ57点燈）を発する。また、NOxお
よびCO濃度は、正常燃焼の場合、第11図に示す相関があ
る。上記の例の如く、比較器56にてこの巾から外れた場
合、異常と判断し、警報（ブザー58,ランプ57点燈）を
発する。
から、10ケ所ガスサンプリングを行ない、それぞれ、NO
xおよび（０濃度を分析する。燃焼状態が正常な場合、
各ケ所におけるNOx濃度のその平均値からの偏差は、第1
0図に示す如く非常に小さい。しかしながら、例えば、
燃焼器２の10本の内一本に燃料が過少に流れている場
合、その燃焼器２の下流では、NOx濃度が非常に低くな
り、またCO濃度も増加する。１ケ所でもNOx濃度がその
平均値の90％より低い場合は、演算比較器55にて判別し
警報（ブザー58,ランプ57点燈）を発する。また、NOxお
よびCO濃度は、正常燃焼の場合、第11図に示す相関があ
る。上記の例の如く、比較器56にてこの巾から外れた場
合、異常と判断し、警報（ブザー58,ランプ57点燈）を
発する。
従来の燃焼器は、逆火のおそれのない拡散燃焼を使つて
いたが、本発明中の燃焼器２は、低NOx化を図るため、
２段燃焼方式を用いており、起動，低負荷時は、拡散燃
焼を用い、高負荷時は、予混合燃焼を用いる。予混合燃
焼は、第３図に示す如く低NOx化に効果大であるが、逆
火することがある。逆火により、燃焼は、予混合から拡
散燃焼へ移り結果として、NOx濃度が高くなり、燃焼器
２を焼損させることがある。
いたが、本発明中の燃焼器２は、低NOx化を図るため、
２段燃焼方式を用いており、起動，低負荷時は、拡散燃
焼を用い、高負荷時は、予混合燃焼を用いる。予混合燃
焼は、第３図に示す如く低NOx化に効果大であるが、逆
火することがある。逆火により、燃焼は、予混合から拡
散燃焼へ移り結果として、NOx濃度が高くなり、燃焼器
２を焼損させることがある。
この現象は、排気ダクト52から10ケ所ガスサンプリング
を行ない、NOx濃度が、局所的に高くなつているかどう
かにて判断することができる。
を行ない、NOx濃度が、局所的に高くなつているかどう
かにて判断することができる。
この実施例では、１ケ所でもNOx濃度が、その平均値の1
15％以上となつた場合、逆火と判断し、第２燃料弁23を
全閉する。この場合、同時にベルが鳴り、かつガスター
ビン重故障の赤いランプが点燈する。
15％以上となつた場合、逆火と判断し、第２燃料弁23を
全閉する。この場合、同時にベルが鳴り、かつガスター
ビン重故障の赤いランプが点燈する。
本発明によれば、多段燃焼器において、大気条件の変
化，経年変化，燃焼器構造の変形の結果生ずるNOx値の
変化に対して、燃空比の配分を変え、NOxの制限値を満
足する運転を行なうことが可能であり、このような周辺
条件の変化に対しても環境的に制限値を満たした信頼性
の高い運転が可能になる。
化，経年変化，燃焼器構造の変形の結果生ずるNOx値の
変化に対して、燃空比の配分を変え、NOxの制限値を満
足する運転を行なうことが可能であり、このような周辺
条件の変化に対しても環境的に制限値を満たした信頼性
の高い運転が可能になる。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は燃焼方
式とNOx発生量の関係図、第３図は２段燃焼の燃焼条件
を示す特性図、第４図は燃空比の配分によるNOx,COの発
生状況を示す図、第５図は２段燃焼器各燃焼部のNOx測
定例、第６図はNOx,COを考慮した場合の運転領域の図、
第７図は本発明実施例の詳細図、第８図は本発明の他の
実施例を示す図、第９図は燃料分割比を示す特性図、第
10図は排気ダクト内NOx濃度分布の測定結果を示す図、
第11図はNOxとCO濃度の相関を示す特性図である。 １……圧縮機、２……燃焼器、３……タービン、４……
発電機、５……排熱回収ボイラ、６……脱硝装置、７…
…第１段燃料（F1）、８……第２段燃料（F2）、９……
第１段ノズル、10……第２段ノズル、11……第１段ヘツ
ダー、12……内筒、13……外筒、14……副室、15……ス
ワラー、16……主室、17……尾筒、18……排出ガス特性
取得装置、19……大気条件測定装置、20……圧縮機出口
条件測定装置、21……燃料流量分配設定装置、22……第
１段燃料弁、23……第２段燃料弁、53……NOxガスサン
プリング管、54……COガスサンプリング管。
式とNOx発生量の関係図、第３図は２段燃焼の燃焼条件
を示す特性図、第４図は燃空比の配分によるNOx,COの発
生状況を示す図、第５図は２段燃焼器各燃焼部のNOx測
定例、第６図はNOx,COを考慮した場合の運転領域の図、
第７図は本発明実施例の詳細図、第８図は本発明の他の
実施例を示す図、第９図は燃料分割比を示す特性図、第
10図は排気ダクト内NOx濃度分布の測定結果を示す図、
第11図はNOxとCO濃度の相関を示す特性図である。 １……圧縮機、２……燃焼器、３……タービン、４……
発電機、５……排熱回収ボイラ、６……脱硝装置、７…
…第１段燃料（F1）、８……第２段燃料（F2）、９……
第１段ノズル、10……第２段ノズル、11……第１段ヘツ
ダー、12……内筒、13……外筒、14……副室、15……ス
ワラー、16……主室、17……尾筒、18……排出ガス特性
取得装置、19……大気条件測定装置、20……圧縮機出口
条件測定装置、21……燃料流量分配設定装置、22……第
１段燃料弁、23……第２段燃料弁、53……NOxガスサン
プリング管、54……COガスサンプリング管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桐上 清一 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 飯塚 信之 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 石橋 洋二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大森 隆司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−80422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−187531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−183202（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】筒状の燃焼室の頭部寄りに第１段目燃料供
給手段を、燃焼ガスの流れに関し、その下流側に第２段
目燃料供給手段を備え、前記第１段目燃料供給手段から
の供給燃料は拡散燃焼であり、かつ前記第２段目燃料供
給手段からの供給燃料は予混合燃焼である多段燃焼器の
燃焼制御方法において、 前記第１段目及び第２段目燃料供給手段の総合燃料流量
を負荷により定まる値に保ちつつ、第１段目及び第２段
目燃料供給手段への燃料分流比を、通常は一定値に設定
されており、燃焼ガス中のNOxの濃度が許容値を越えた
場合、第２段目燃料供給手段への燃料流量の比率が高く
なるように調整することを特徴とする多段燃焼器の燃焼
制御方法。 - 【請求項２】筒状の燃焼室と、該燃焼室の頭部近傍に位
置し燃料を供給する第１段目ノズルと、燃焼ガスの流れ
に関して第１段ノズルよりも下流側に位置し前記燃焼室
に燃料を供給する第２段目ノズルと、燃焼室に燃焼用空
気を供給する手段と、前記第１段目及び第２段目ノズル
の総合燃料量を負荷に応じて決定する手段と、燃焼ガス
中のNOx濃度を検出する手段とを備え、前記第１段目ノ
ズルからの供給燃料は拡散燃焼であり、かつ前記第２段
目ノズルからの供給燃料は予混合燃焼であるように構成
された多段燃焼器の燃焼制御装置において、 前記NOx濃度検出手段からの信号に応じて、前記第１段
目及び第２段目ノズルの総合燃料流量を負荷により定ま
る値に保ちつつ、両ノズルへの分流比を変更する手段を
設けたことを特徴とする多段燃焼器の燃焼制御装置。 - 【請求項３】前記第１段目ノズルは、燃焼室内に突出し
て設けられ、前記第２段目ノズルは空気供給路に設けら
れ、燃焼室内には第１段目ノズルからの燃料による拡散
火炎と、第２段目ノズルからの燃料による予混合火炎と
が形成されるようにしたことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の多段燃焼器の燃焼制御装置。 - 【請求項４】前記総合燃料量を負荷に応じて決定する手
段は、負荷要求信号から総合燃料流量信号を出力する変
換器と、前記総合燃料流量信号を所定の比に分割する分
割器とを含み、前記分流比を変更する手段はNOx濃度検
出手段からの検出信号に応じて前記分割器にて分割され
た信号の一方に所定値を加え、他方より所定値を減ずる
ように補正を加える加算器と、前記補正された信号に応
じて、前記第１段目ノズル、第２段目ノズルへの燃料量
を制御する調整弁とを含むように構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の多段燃焼器の燃焼制御
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62143151A JPH0674892B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 多段燃焼器の燃焼制御方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62143151A JPH0674892B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 多段燃焼器の燃焼制御方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63311025A JPS63311025A (ja) | 1988-12-19 |
| JPH0674892B2 true JPH0674892B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=15332111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62143151A Expired - Fee Related JPH0674892B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 多段燃焼器の燃焼制御方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674892B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2961913B2 (ja) * | 1991-02-26 | 1999-10-12 | 株式会社日立製作所 | 燃焼装置及びその制御方法 |
| RU2516773C2 (ru) | 2009-08-13 | 2014-05-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Газотурбинный двигатель |
| CN114909224B (zh) * | 2021-02-09 | 2024-06-07 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 一种燃烧不稳定性控制方法和系统 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57187531A (en) * | 1981-05-12 | 1982-11-18 | Hitachi Ltd | Low nox gas turbine burner |
| CA1191703A (en) * | 1981-11-02 | 1985-08-13 | Daniel E. Carl | Combustion turbine combustor having an improved heavy- oil fuel preparation zone |
| JPS59183202A (ja) * | 1983-04-04 | 1984-10-18 | Hitachi Ltd | 低ＮＯ↓ｘ燃焼器 |
| JPS61197726A (ja) * | 1985-02-25 | 1986-09-02 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン |
-
1987
- 1987-06-10 JP JP62143151A patent/JPH0674892B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63311025A (ja) | 1988-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |