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JP4409566B2 - Lean premixed combustion system and control method thereof - Google Patents

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JP4409566B2 JP2006341082A JP2006341082A JP4409566B2 JP 4409566 B2 JP4409566 B2 JP 4409566B2 JP 2006341082 A JP2006341082 A JP 2006341082A JP 2006341082 A JP2006341082 A JP 2006341082A JP 4409566 B2 JP4409566 B2 JP 4409566B2
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Description

本発明は、負荷が急激に変動した場合にも希薄予混合燃焼を安定に維持できるとともに、燃料供給量の負荷変動に対する追従性の向上を図った希薄予混合型燃焼装置とその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a lean premixed combustion apparatus capable of stably maintaining lean premixed combustion even when the load suddenly fluctuates, and to improve followability to load fluctuations in fuel supply amount, and a control method therefor It is.

ガスタービンにおいては、排ガス組成に関して厳しい環境基準が設けられており、特に、窒素酸化物(以下、NOX という。)の排出量の低減が望まれている。低NOX 化の手段として、燃焼室内に水や蒸気を噴射して燃焼火炎温度を低下させる方法が以前により採用されていたが、この方法では、エンジン熱効率の低下や悪い水質によるタービンの腐食に伴う寿命低下などの種々の欠点があった。近年では、水や蒸気を用いないドライ式でNOX を低減する手段として、希薄予混合燃焼方式が有効であることがよく知られている。この希薄予混合燃焼方式は、空気と燃料を予め混合して燃料濃度を均一化した混合気として燃焼させるため、局所的に火炎温度が高温となる燃焼領域が存在せず、かつ燃料の希薄化により全体的にも火炎温度を低くできることから、NOX 発生量を効果的に低減することができる。 In a gas turbine, strict environmental standards are provided with respect to the exhaust gas composition, in particular, NOx reduction of emissions (hereinafter, referred to as NO X.) It is desired. As a means of low NO X reduction, a method of reducing the combustion flame temperature by injecting water or steam into the combustion chamber has been adopted by the previous, in this way, the corrosion of the turbine due to a decrease or bad quality of the engine thermal efficiency There were various disadvantages such as a reduction in life. In recent years, as a means of reducing NO X in a dry type without using water or steam, lean premixed combustion method is well known to be effective. In this lean premix combustion method, air and fuel are premixed and burned as a mixture with uniform fuel concentration, so there is no combustion region where the flame temperature is locally high, and the fuel is diluted. because it can totally reduce the flame temperature also makes it possible to effectively reduce NO X generation amount.

ところが、この希薄予混合燃焼方式では、NOX の発生量が少なく、かつ失火の発生無しに高い燃焼効率で安定に燃焼させることができる空燃比の範囲が極めて狭い。したがって、空燃比が高過ぎると不完全燃焼が生じて燃焼安定性が著しく低下し、逆に空燃比が低くなり過ぎると燃料過濃になって生成されるNOX が指数関数的に増加する。そのため、ガスタービンの広い負荷範囲において低NOX で、かつ高い燃焼効率を維持するためには、ガスタービンの作動条件にかかわらず空気と燃料の混合比(空燃比)を一定範囲内に維持するように正確に制御する必要がある。 However, in this lean premixed combustion system, there is little generation of NO X, and the range of air-fuel ratio can be stably combusted at high combustion efficiency without occurrence of a misfire is extremely narrow. Therefore, if the air-fuel ratio is too high, incomplete combustion occurs and the combustion stability is remarkably reduced. Conversely, if the air-fuel ratio is too low, the fuel is excessively rich and NO x produced increases exponentially. Therefore, in order to maintain at a low NO X, and the high combustion efficiency in a wide load range of the gas turbine maintains the mixture ratio of air and fuel regardless operating conditions of the gas turbine (air) within a predetermined range Need to be controlled accurately.

この空燃比を一定範囲内に維持するために、負荷が増大するのに対応して複数のメイン予混合バーナをオン・オフ制御することによりメイン予混合バーナの作動数を増加させるとともに、追焚きバーナへの燃料供給量を負荷の変化に応じて連続的に制御することにより、負荷に応じた出力制御を行うようにしたガスタービンの燃焼器が知られている(特許文献1参照)。また、燃焼器の空燃比制御を、燃料流量指令に基づき所定の空燃比になる空気流量のフィードフォワード信号を求め、このフィードフォワード信号により空気流量調節機構を制御する方法も開示されている(特許文献2参照)。   In order to maintain this air-fuel ratio within a certain range, the number of main premix burner operations is increased by turning on / off the plurality of main premix burners in response to an increase in load, and additional tracking is performed. 2. Description of the Related Art A gas turbine combustor that performs output control according to a load by continuously controlling the amount of fuel supplied to a burner according to a change in the load is known (see Patent Document 1). In addition, a method is also disclosed in which the air-fuel ratio control of the combustor obtains a feedforward signal of an air flow rate at a predetermined air-fuel ratio based on a fuel flow rate command, and controls the air flow rate adjustment mechanism by this feedforward signal (patent) Reference 2).

特開平8−210641号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-210441 特開平7−269373号公報JP 7-269373 A

しかしながら、特許文献1の燃焼器では、負荷が増大するのに対応して複数のメイン予混合バーナのうちの作動数を順次増加させる際に、同一作動数において負荷が増大していくと、空気量が一定であるのに対し燃料供給量が増加するので、燃料が濃くなってNOX 発生量が増大していき、燃焼中のメイン予混合バーナの理論空燃比に近づいてNOX 発生量が大幅に増えた時点でメイン予混合バーナの作動数を増加させ、これにより燃料濃度を薄くしてNOX 発生量を急激に低下させる動作を繰り返すので、負荷が急激に増加または減少した場合にNOX 排出量の増加減が大きくなるという課題がある。 However, in the combustor of Patent Document 1, when the number of operations among the plurality of main premix burners is sequentially increased in response to an increase in load, if the load increases at the same number of operations, the air since the amount of fuel supply amount whereas the constant is increased, the fuel will become NO X generation amount increases darker, NO X generation amount approaching the stoichiometric air-fuel ratio of the main premix burner in combustion increasing the operation speed of the main premixed burner when significantly increasing the so thereby repeating the rapid action of lowering the concentration of the fuel thinly to NO X generation amount, NO if the load increases or decreases rapidly There is a problem that the increase and decrease in X emissions will increase.

また、特許文献3の空燃比制御手段では、燃料流量指令に基づき求めた所定の空燃比となる空気流量のフィードフォワード信号により空気流量調節機構の制御を行うと、空気流量制御系と燃料流量制御系の各々の応答速度が相違することから、負荷が急激に変動した過渡状態において空燃比を一定に保つのが困難となる。すなわち、一般に、空気流量制御系の応答は燃料流量制御系に比べて遅いので、図6(a)に示すようにガスタービンの負荷が急激に減少した場合には、同図(b)に示す予混合バーナへの燃料供給量が同図(c)に示す予混合バーナへの空気供給量よりも先に減少するので、同図(d)に示すように空燃比が大きくなって失火が発生し、安定燃焼を維持することができなくなる。   Further, in the air-fuel ratio control means of Patent Document 3, when the air flow rate adjusting mechanism is controlled by a feedforward signal of the air flow rate that becomes a predetermined air-fuel ratio obtained based on the fuel flow rate command, the air flow rate control system and the fuel flow rate control Since the response speeds of the systems are different, it is difficult to keep the air-fuel ratio constant in a transient state where the load fluctuates rapidly. That is, in general, since the response of the air flow rate control system is slower than that of the fuel flow rate control system, as shown in FIG. 6A, when the load of the gas turbine is drastically reduced, the response shown in FIG. Since the fuel supply amount to the premixing burner decreases earlier than the air supply amount to the premixing burner shown in FIG. 4C, the air-fuel ratio becomes large and misfire occurs as shown in FIG. As a result, stable combustion cannot be maintained.

このような失火の発生を防止するために、予め空燃比を小さく設定して空気流量を少なくするように図ると、燃焼火炎温度が高くなってNOX 発生量が増加することになるので、空燃比をあまり小さく設定することができない。一方、空気流量制御系と燃料流量制御系の各々の応答速度の相違に起因する空燃比の変化を無くするために、燃料流量制御系を応答速度の遅い空気流量制御系に合わせて制御することが考えられるが、そのようにした場合には、ガスタービンの負荷追従性が悪くなるという別の課題が生じる。 In order to prevent the occurrence of such misfire, since previously the air-fuel ratio is set smaller achieve as to reduce the air flow rate, so that the NO X generation amount by the combustion flame temperature becomes high is increased, empty The fuel ratio cannot be set too small. On the other hand, in order to eliminate the change in the air-fuel ratio due to the difference in response speed between the air flow rate control system and the fuel flow rate control system, the fuel flow rate control system should be controlled in accordance with the air flow rate control system with a slow response speed. However, in such a case, another problem arises that the load followability of the gas turbine is deteriorated.

本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、負荷が急激に変動した過渡状態でも予混合バーナの空燃比を一定に保持して安定な希薄予混合燃焼を維持しながらも、負荷の変動に対し良好な追従性を有する希薄予混合型燃焼装置とこれを制御する方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and maintains a stable lean premixed combustion while maintaining a stable lean premixed combustion by maintaining a constant air-fuel ratio of the premixed burner even in a transient state where the load fluctuates rapidly. It is an object of the present invention to provide a lean premixed combustion apparatus having good followability to fluctuations in the temperature and a method for controlling the same.

上記目的を達成するために、本発明に係る希薄予混合型燃焼装置は、圧縮機から供給される圧縮空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスをタービンに供給する燃焼装置であって、少なくとも一つの予混合バーナと、少なくとも一つの拡散燃焼型の追焚きバーナと、前記圧縮空気のうち前記予混合バーナを通る予混合バーナ空気流量を求める空気流量取得手段と、負荷に対応した総燃料供給量を算出する燃料流量指令部と、求められた前記予混合バーナ空気流量に基づいて一定の空燃比となるように前記予混合バーナへの第1燃料供給量を算出する乗算器および前記総燃料供給量から前記第1燃料供給量を差し引いて前記追焚きバーナへの第2燃料供給量を算出する加減算器を有する燃料流量設定部と、前記第1および第2燃料供給量となるように前記予混合バーナと前記追焚きバーナのそれぞれに燃料を供給する燃料供給弁部と、を備えている。 In order to achieve the above object, a lean premixed combustion apparatus according to the present invention is a combustion apparatus that combusts compressed air and fuel supplied from a compressor and supplies combustion gas to a turbine. A premix burner, at least one diffusion combustion type reheating burner, an air flow rate acquisition means for obtaining a premix burner air flow rate through the premix burner in the compressed air, and a total fuel supply amount corresponding to the load. A fuel flow rate command unit to be calculated, a multiplier for calculating a first fuel supply amount to the premix burner based on the determined premix burner air flow rate, and the total fuel supply the fuel flow rate setting unit having a subtractor for calculating a second amount of fuel supplied to the first fuel supply amount obtained by subtracting by the reheating burner from the amount, so that the first and second fuel supply amount Wherein the Ki予 mixed burner and a, a fuel supply valve unit for supplying fuel to each of the reheating burner.

この構成によれば、圧縮機から供給される圧縮空気のうちの予混合バーナを通る予混合バーナ空気流量に基づいて一定の空燃比になるように予混合バーナへの第1燃料供給流量を設定しているので、燃料供給制御系による予混合バーナへの燃料供給量は、空気流量制御系による予混合バーナ空気流量に対応するように制御されるから、負荷が急激に変動した場合であっても、予混合バーナへの空燃比が常に一定に維持されるので、失火や不完全燃焼などが生じるおそれのない安定燃焼を保持でき、NOX の発生を抑制できる。しかも、空燃比は、予混合バーナ空気流量に基づいて設定することから、希薄燃焼を達成するために可及的に大きく設定することが可能となり、これにより、NOX の発生を効果的に抑制することができる。また、負荷の急激な変動に対応して設定する総燃料供給量から第1燃料供給量を差し引いた第2燃料供給量を拡散燃焼型の追焚きバーナに供給するので、総燃料供給量のうちの急激な負荷変動に伴う増加分または減少分が時間遅れなく追焚きバーナに供給されるから、負荷の急激な変動に対する追従性が向上する。ここで、拡散燃焼型の追焚きバーナは、安定燃焼のための空燃比の範囲が広いので、燃料供給量が急激に増減しても失火や不完全燃焼のおそれが少ない。また、追焚きバーナは予混合バーナによる高温燃焼ガス中で燃焼を行うので、NOX 排出量を増加させない。 According to this configuration, the first fuel supply flow rate to the premix burner is set based on the premix burner air flow rate that passes through the premix burner in the compressed air supplied from the compressor so as to have a constant air-fuel ratio. Therefore, the fuel supply amount to the premix burner by the fuel supply control system is controlled to correspond to the premix burner air flow rate by the air flow control system. However, since the air-fuel ratio to the premixed burner is always maintained constant, stable combustion without fear of causing misfire or incomplete combustion can be maintained, and generation of NO x can be suppressed. Moreover, the air-fuel ratio, since the set based on the premix burner air flow rate, we are possible to set as large as possible in order to achieve the lean burn, thereby effectively suppressing the generation of the NO X can do. In addition, since the second fuel supply amount obtained by subtracting the first fuel supply amount from the total fuel supply amount set in response to a rapid change in the load is supplied to the diffusion combustion type burner, Since the increase or decrease associated with the rapid load fluctuation is supplied to the tracking burner without a time delay, the followability to the sudden load fluctuation is improved. Here, the diffusion combustion type additional burner has a wide range of the air-fuel ratio for stable combustion, and therefore there is little risk of misfire or incomplete combustion even if the fuel supply amount increases or decreases rapidly. Further, reheating burner since the combustion in the hot combustion gases by premixing burner, does not increase the NO X emissions.

本発明において、前記空気流量取得手段は、前記圧縮機の圧力比と空気流量の関係を示すコンプレッサマップを使用して前記予混合バーナ空気流量を求めることが好ましい。この構成によれば、負荷の急激な変動時にも予混合バーナ空気流量を容易、かつ正確に求めることができる。   In this invention, it is preferable that the said air flow rate acquisition means calculates | requires the said premix burner air flow rate using the compressor map which shows the relationship between the pressure ratio of the said compressor, and an air flow rate. According to this configuration, the premix burner air flow rate can be obtained easily and accurately even when the load fluctuates rapidly.

また、前記コンプレッサマップを使用するに際して、前記空気流量取得手段は、前記コンプレッサマップから前記圧縮機の可変静翼角度に基づき圧縮機空気量を求め、この圧縮機空気量と前記圧縮空気の一部を外部に放出する抽気弁の開度とに基づき前記予混合バーナ空気流量を求めることが好ましい。この構成によれば、予混合バーナへの第1燃料供給流量を、予混合バーナ空気流量に基づいて一定の空燃比になるように設定することから、、予混合バーナの空気流量は負荷変動に追従して制御する必要がないので、空気量調節機構として安価で応答速度の遅い可変静翼および抽気弁を採用しても、予混合バーナの空燃比を負荷の変動によらず常に一定に保つことができる。ここでいう圧縮機空気量とは、圧縮機から送給される圧縮空気の総量であって、燃焼器に送られる分と抽出して外部に排出される余剰分とを含んでいる。   Further, when the compressor map is used, the air flow rate acquisition means obtains a compressor air amount from the compressor map based on a variable stationary blade angle of the compressor, and the compressor air amount and a part of the compressed air. It is preferable to obtain the premixed burner air flow rate based on the degree of opening of the bleed valve that discharges the air to the outside. According to this configuration, since the first fuel supply flow rate to the premix burner is set to be a constant air-fuel ratio based on the premix burner air flow rate, the air flow rate of the premix burner is subject to load fluctuations. Since it is not necessary to control following the control, the air-fuel ratio of the premix burner is always kept constant regardless of load fluctuations even if a variable stationary blade and a bleed valve, which are inexpensive and have a slow response speed, are used. be able to. The amount of compressor air here is the total amount of compressed air supplied from the compressor, and includes the amount sent to the combustor and the surplus extracted and discharged to the outside.

本発明に係る希薄予混合型燃焼装置の制御方法によっても上述した希薄予混合型燃焼装置と同様の効果が得られる。   The same effect as that of the lean premixed combustion apparatus described above can also be obtained by the control method of the lean premixed combustion apparatus according to the present invention.

本発明の希薄予混合型燃焼装置とその制御方法によれば、燃料供給制御系による予混合バーナへの燃料供給量を、応答性の遅い空気流量制御系による予混合バーナ空気流量に対応して制御するようにしたので、負荷が急激に変動した場合であっても、予混合バーナへの空燃比を常に一定に維持して失火や不完全燃焼などが生じるおそれのない安定燃焼を保持でき、NOX の発生を抑制できる。また、総燃料供給量から第1燃料供給量を差し引いた第2燃料供給量を拡散燃焼型の追焚きバーナに供給するようにしたので、負荷の急激な変動に対する燃料供給量の追従性が向上する。しかも、追焚きバーナは拡散燃焼型であるから、安定燃焼のための空燃比の範囲が広いので、燃料供給量を急激に増減させても失火や不完全燃焼のおそれが少ない。 According to the lean premixed combustion apparatus and its control method of the present invention, the fuel supply amount to the premix burner by the fuel supply control system corresponds to the premix burner air flow rate by the air flow control system with slow response. Because it is controlled, even if the load fluctuates suddenly, the air-fuel ratio to the premix burner can always be kept constant to maintain stable combustion without the risk of misfire or incomplete combustion, the generation of the NO X can be suppressed. In addition, since the second fuel supply amount obtained by subtracting the first fuel supply amount from the total fuel supply amount is supplied to the diffusion combustion type additional burner, the followability of the fuel supply amount to a rapid load change is improved. To do. Moreover, since the reheating burner is a diffusion combustion type, the range of the air-fuel ratio for stable combustion is wide, so that there is little risk of misfire or incomplete combustion even if the fuel supply amount is increased or decreased rapidly.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の一実施形態の希薄予混合型燃焼装置が適用されるガスタービン発電装置を示した概略構成図である。ガスタービンGTは圧縮機1、燃焼器2およびタービン3を主構成要素として有し、圧縮機1から供給される圧縮空気Aを燃焼器2で燃焼させ、それにより発生する高温高圧の燃焼ガスGをタービン3に供給する。圧縮機1は回転軸5を介してタービン3により駆動される。圧縮機1には、その上段の静翼の角度を変更して圧縮機空気量を調節する角度調節機構6が取り付けられている。また、圧縮機1と燃焼器2を接続する圧縮空気通路には、一部の圧縮空気Aを外部に放出するための抽気弁30が設けられている。前記タービン3はまた、減速機4を介して発電機7を駆動する。燃焼器2には、燃料供給装置9から送給される天然ガスのようなガス燃料または液体燃料が、燃料制御装置8を介して供給される。前記燃焼器2および燃料制御装置8が本発明の希薄予混合型燃焼装置の一部を構成する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas turbine power generator to which a lean premixed combustion apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. The gas turbine GT has a compressor 1, a combustor 2 and a turbine 3 as main components, and combusted compressed air A supplied from the compressor 1 is burned in the combustor 2, and a high-temperature and high-pressure combustion gas G generated thereby. Is supplied to the turbine 3. The compressor 1 is driven by the turbine 3 via the rotating shaft 5. The compressor 1 is provided with an angle adjustment mechanism 6 that adjusts the amount of compressor air by changing the angle of the upper stationary blade. In addition, a bleed valve 30 for releasing a part of the compressed air A to the outside is provided in the compressed air passage connecting the compressor 1 and the combustor 2. The turbine 3 also drives a generator 7 via a speed reducer 4. A gas fuel or liquid fuel such as natural gas fed from the fuel supply device 9 is supplied to the combustor 2 via the fuel control device 8. The combustor 2 and the fuel control device 8 constitute a part of the lean premixed combustion device of the present invention.

図2は前記燃焼器2を示す縦断面図である。同図において、この燃焼器2は、円筒状のハウジングH内に、ほぼ円筒状の燃焼筒10が同心状の配置で収納されており、この燃焼筒10内に燃焼室11が形成されている。この燃焼器2が、複数、例えば6つ、ガスタービンの回転軸心回りに等間隔で配置されている。ハウジングHは、その基端側に設けられたフランジ14を介して、圧縮機1およびタービン3を覆うメインハウジング13に設けたフランジ13aに、ボルト(図示せず)により結合されている。ハウジングHの先端側にはエンドカバー12がボルト(図示せず)により固定されている。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the combustor 2. In this figure, the combustor 2 has a substantially cylindrical combustion cylinder 10 housed in a cylindrical housing H in a concentric arrangement, and a combustion chamber 11 is formed in the combustion cylinder 10. . A plurality of, for example, six combustors 2 are arranged at equal intervals around the rotation axis of the gas turbine. The housing H is coupled to a flange 13a provided on the main housing 13 covering the compressor 1 and the turbine 3 by a bolt (not shown) via a flange 14 provided on the base end side thereof. An end cover 12 is fixed to the front end side of the housing H with bolts (not shown).

ハウジングHの頭部には支持筒52の基端部が連結されており、この支持筒52の先端部(図の右端部)に燃焼筒10の頭部が固定されて、燃焼筒10が支持筒52を介してハウジングHに支持されている。燃焼筒10の基端部は、タービン3へ燃焼ガスGを導入する遷移ダクトの入口部54に嵌入されている。ハウジングHと燃焼筒10との間に、圧縮機1からの圧縮空気Aを燃焼筒10の頭部へ導く環状の空気通路16が形成されている。また、支持筒52の内側には空気導入室17が形成されており、この支持筒52に、空気通路16を通って送られてきた圧縮空気Aを空気導入室17内に導く複数の空気導入孔18が設けられている。   The base end of the support cylinder 52 is connected to the head of the housing H, and the head of the combustion cylinder 10 is fixed to the distal end portion (right end in the figure) of the support cylinder 52 so that the combustion cylinder 10 is supported. It is supported by the housing H via the cylinder 52. A proximal end portion of the combustion cylinder 10 is fitted into an inlet portion 54 of a transition duct that introduces the combustion gas G into the turbine 3. An annular air passage 16 that guides the compressed air A from the compressor 1 to the head of the combustion cylinder 10 is formed between the housing H and the combustion cylinder 10. An air introduction chamber 17 is formed inside the support cylinder 52, and a plurality of air introductions that guide the compressed air A sent through the air passage 16 into the air introduction chamber 17 into the support cylinder 52. A hole 18 is provided.

燃焼筒10の頭部の中央部には、燃料Fを燃焼室11内に直接噴出する拡散燃焼式の単一のパイロットバーナ20が設けられている。このパイロットバーナ20の外周には、燃料Fと圧縮空気Aとを予め混合して生成した混合気Mを燃焼室11内に噴出する希薄予混合燃焼式のプライマリ予混合バーナ21が設けられている。   A diffusion combustion type single pilot burner 20 that directly jets the fuel F into the combustion chamber 11 is provided at the center of the head of the combustion cylinder 10. On the outer periphery of the pilot burner 20, a lean premixed combustion type primary premixing burner 21 is provided for injecting an air-fuel mixture M generated by previously mixing the fuel F and the compressed air A into the combustion chamber 11. .

プライマリ予混合バーナ21は、エンドカバー12に支持された内周管22とこれと同心の外周管23との間で環状の予混合通路24を形成し、この予混合通路24に放射状に延びる複数のプライマリ燃料ノズル25が配置され、プライマリ燃料ノズル25の上流側にスワーラ26が配置されている。内周管22の内側に燃料導管27が同心状に配置され、この燃料導管27の内側にパイロットバーナ用の燃料通路28が形成され、燃料導管27と内周管22との間にプライマリ予混合バーナ21用の燃料通路29が形成されている。   The primary premixing burner 21 forms an annular premixing passage 24 between an inner peripheral tube 22 supported by the end cover 12 and an outer peripheral tube 23 concentric therewith, and a plurality of primary premixing burners 21 extend radially in the premixing passage 24. Primary fuel nozzles 25 are disposed, and a swirler 26 is disposed upstream of the primary fuel nozzles 25. A fuel conduit 27 is concentrically disposed inside the inner peripheral tube 22, and a fuel passage 28 for a pilot burner is formed inside the fuel conduit 27, and the primary premixing is provided between the fuel conduit 27 and the inner peripheral tube 22. A fuel passage 29 for the burner 21 is formed.

パイロットバーナ20は、内周管22の先端部にパイロット用の複数のパイロット噴射孔19を有する。燃料導管27の内側の燃料通路28は、内周管22に設けたパイロット燃料導入口31に接続されている。予混合通路24に臨む各プライマリ燃料ノズル25は径方向に並んだ複数の燃料噴射孔を有し、内周管22の内側の燃料通路29に連通し、この燃料通路29が、内周管22に設けたプライマリ燃料導入口32に接続されている。   The pilot burner 20 has a plurality of pilot injection holes 19 for pilots at the tip of the inner peripheral tube 22. The fuel passage 28 inside the fuel conduit 27 is connected to a pilot fuel introduction port 31 provided in the inner peripheral pipe 22. Each primary fuel nozzle 25 facing the premixing passage 24 has a plurality of fuel injection holes arranged in the radial direction and communicates with a fuel passage 29 inside the inner peripheral tube 22, and the fuel passage 29 is connected to the inner peripheral tube 22. Is connected to a primary fuel introduction port 32 provided in.

プライマリ予混合バーナ21の外周には、これと同心状の環状の予混合通路34を有する希薄予混合燃焼式のセカンダリ予混合バーナ35が設けられている。このセカンダリ予混合バーナ35の径方向外方に開口した環状の空気入口36に複数のセカンダリ燃料ノズル37が、周方向に等間隔で配置されている。セカンダリ燃料ノズル37はエンドカバー12に設けたセカンダリ燃料導入口33に接続されている。また、空気入口36には、セカンダリ燃料ノズル37の下流に位置するスワーラ38が配置されている。前記パイロット燃料導入口31、プライマリ燃料導入口32およびセカンダリ燃料導入口33には、図1の燃料供給装置9から燃料制御装置8を介して燃料Fが供給される。   A lean premix combustion type secondary premix burner 35 having an annular premix passage 34 concentric with the primary premix burner 21 is provided on the outer periphery of the primary premix burner 21. A plurality of secondary fuel nozzles 37 are arranged at equal intervals in the circumferential direction at an annular air inlet 36 opened radially outward of the secondary premix burner 35. The secondary fuel nozzle 37 is connected to a secondary fuel inlet 33 provided in the end cover 12. In addition, a swirler 38 located downstream of the secondary fuel nozzle 37 is disposed at the air inlet 36. Fuel F is supplied to the pilot fuel introduction port 31, the primary fuel introduction port 32, and the secondary fuel introduction port 33 from the fuel supply device 9 of FIG.

プライマリ予混合バーナ21およびセカンダリ予混合バーナ35から燃焼室11内に噴射された予混合気Mが燃焼室11内で燃焼して第1の燃焼領域11aを形成する。燃焼筒10における第1の燃焼領域11aよりも下流側には、短いパイプを貫通させて形成された複数の追焚用空気孔44が周方向に等間隔に配設されている。ハウジングHにおける各追焚用空気孔44に対向する部分には、拡散燃焼型の追焚きバーナ47が、各々の燃料噴出孔を追焚用空気孔44に臨ませて取り付けられている。この追焚きバーナ47は、図1の燃料供給装置9から燃料制御装置8を介して供給された燃料Fを、追焚用空気孔44を通じて燃焼筒10内に噴射して、燃焼室11内の第1の燃焼領域11aの下流側に第2の燃焼領域11bを形成する。燃焼筒10におけるパイロットバーナ20および予混合バーナ21,35の下流側で追焚きバーナ47の上流側に点火プラグ40が装着されている。   The premixed gas M injected into the combustion chamber 11 from the primary premixing burner 21 and the secondary premixing burner 35 burns in the combustion chamber 11 to form a first combustion region 11a. On the downstream side of the first combustion region 11 a in the combustion cylinder 10, a plurality of remedy air holes 44 formed by penetrating a short pipe are arranged at equal intervals in the circumferential direction. A diffusion combustion type reheating burner 47 is attached to a portion of the housing H facing each retreating air hole 44 so that each fuel ejection hole faces the retreating air hole 44. The refueling burner 47 injects the fuel F supplied from the fuel supply device 9 of FIG. 1 via the fuel control device 8 into the combustion cylinder 10 through the reheating air hole 44, A second combustion region 11b is formed on the downstream side of the first combustion region 11a. A spark plug 40 is mounted on the upstream side of the reheating burner 47 on the downstream side of the pilot burner 20 and the premixing burners 21 and 35 in the combustion cylinder 10.

つぎに、燃焼器2の動作について説明する。この燃焼器2は、起動時および拡散運転(非低NOX 運転)中にのみパイロットバーナ20を作動させ、その燃料通路28のパイロット噴射孔19から燃料Fを噴射して拡散燃焼させる。低NOX 運転中は、プライマリおよびセカンダリ予混合バーナ21,35を作動させ、第1の燃焼領域11aにおいて希薄燃焼させる。これにより、燃焼温度が低下して、NOX の発生が抑制される。さらに、追焚きバーナ47から噴出された燃料Fは、第1の燃焼領域11aによりかなりの高温になっている第2の燃焼領域11bに導入されるので、拡散燃焼であってもNOX の発生が抑制される。 Next, the operation of the combustor 2 will be described. The combustor 2 actuates the pilot burner 20 only during startup and diffusion operation (non-low NO X operation), thereby diffusion combustion by injecting fuel F from the pilot injection port 19 of the fuel passage 28. During operation the low NO X operates the primary and secondary premix burner 21 and 35, to the lean burn in the first combustion zone 11a. Thus, the combustion temperature decreases, generation of the NO X is suppressed. Further, since the fuel F ejected from the reheating burner 47 is introduced into the second combustion region 11b, which is considerably heated by the first combustion region 11a, NO X is generated even in the diffusion combustion. Is suppressed.

図3は燃料制御装置8を含むガスタービンGT全体のコントローラCTと燃焼器2とを備えた希薄予混合型燃焼装置を示す系統図である。この希薄予混合型燃焼装置は、構成を大別すると、圧縮機1からの圧縮空気Aのうち予混合バーナ21,35を通る予混合バーナ空気流量を求める空気流量取得手段49と、求められた予混合空気流量に基づいて一定の空燃比となるように予混合バーナ21,35への第1燃料供給量を設定し、発電機出力指令値から、すなわちガスタービンGTの負荷に対応した総燃料供給量から第1燃料供給量を差し引いて追焚きバーナ47への第2燃料供給量を設定する燃料流量設定部50と、設定された第1および第2燃料供給量となるように予混合バーナ21,35と追焚きバーナ47のそれぞれに燃料Fを供給する燃料供給弁部51とを有している。これら空気流量取得手段49、燃料流量設定部50および燃料供給弁部51が、図1の燃料制御装置8を構成している。   FIG. 3 is a system diagram showing a lean premixed combustion apparatus including a controller CT and a combustor 2 for the entire gas turbine GT including the fuel control apparatus 8. The lean premixing combustion apparatus is roughly divided into configurations, and an air flow rate obtaining means 49 for obtaining a premixed burner air flow rate through the premixed burners 21 and 35 in the compressed air A from the compressor 1 is obtained. Based on the premixed air flow rate, the first fuel supply amount to the premixed burners 21 and 35 is set so as to obtain a constant air-fuel ratio, and the total fuel corresponding to the load of the gas turbine GT is determined from the generator output command value. A fuel flow rate setting unit 50 for subtracting the first fuel supply amount from the supply amount to set a second fuel supply amount to the follow-up burner 47, and a premix burner so as to have the set first and second fuel supply amounts 21 and 35 and a fuel supply valve 51 for supplying fuel F to each of the additional burner 47. The air flow rate acquisition means 49, the fuel flow rate setting unit 50, and the fuel supply valve unit 51 constitute the fuel control device 8 of FIG.

図3の空気流量取得手段49は、稼働に先立って予め実験的に得たコンプレッサマップを使用して予混合バーナ空気流量を求めるようになっている。先ず、このコンプレッサマップについて説明する。図1のガスタービン発電装置を実際に作動させて、図3の可変静翼角度調節機構6により調節される圧縮機1の可変静翼53の実角度と、回転速度計61により得られた回転軸5の回転速度、つまり圧縮機1の回転速度と、圧力センサ65により得られた圧縮機1の出口圧力とに基づき、図4に示すような圧縮機1の圧力比と空気流量との関係を示すコンプレッサマップを取得する。図4はコンプレッサマップの一例を示したもので、C1およびC2は、それぞれ圧縮機1の回転数が100%(定格回転数)時に可変静翼53の実角度が定格値の基準角度に対し10°および5°ずれたときの各特性曲線であり、C3およびC4は、それぞれ圧縮機1の回転数が90%時に可変静翼53の実角度が定格値の基準角度に対し10°および5°ずれたときの各特性曲線である。このコンプレッサマップは、図3の圧縮機空気量演算部60にデータテーブルとして記憶されている。   The air flow rate acquisition means 49 in FIG. 3 obtains the premixed burner air flow rate using a compressor map obtained experimentally in advance prior to operation. First, the compressor map will be described. 1 is actually operated, the actual angle of the variable stator blade 53 of the compressor 1 adjusted by the variable stator blade angle adjusting mechanism 6 of FIG. 3 and the rotation obtained by the tachometer 61. Based on the rotational speed of the shaft 5, that is, the rotational speed of the compressor 1 and the outlet pressure of the compressor 1 obtained by the pressure sensor 65, the relationship between the pressure ratio of the compressor 1 and the air flow rate as shown in FIG. Compressor map indicating FIG. 4 shows an example of a compressor map. C1 and C2 are respectively 10 and 10 when the rotational speed of the compressor 1 is 100% (rated rotational speed) and the actual angle of the variable stationary blade 53 is 10 with respect to the reference angle of the rated value. C3 and C4 are the characteristic curves when shifted by 5 ° and 5 °, respectively, and the actual angle of the variable stator blade 53 is 10 ° and 5 ° with respect to the reference angle of the rated value when the rotation speed of the compressor 1 is 90%, respectively. It is each characteristic curve when it deviates. This compressor map is stored as a data table in the compressor air amount calculation unit 60 of FIG.

空気流量指令部57は、発電機7の電力を計測した発電機出力検出信号S1に対応する負荷率(定格負荷に対する比率)を算出して、その負荷率に基づき求めた可変静翼角度指令信号S2および抽気弁開度指令信号S3をそれぞれ可変静翼角度調節機構6および抽気弁30に対し出力する。可変静翼角度調節機構6は、可変静翼53の取付角度を可変静翼角度指令信号S2に基づき調整して可変静翼53の流出角を変更することにより、圧縮機1を通過する圧縮機空気量を調節する。抽気弁30は、抽気弁開度指令信号S3に対応する弁開度に調節して、圧縮機1から送られる圧縮空気Aのうちの燃焼器2に送給する燃焼用空気BAおよび冷却用空気CAの各空気量に対し余剰となって外部に放出する抽気空気EAの放出量を調節する。これら可変静翼角度調節機構6と抽気弁30により、燃焼器2へ供給される空気量を発電機7の出力変動(負荷変動)に対応するように調節する。   The air flow rate command unit 57 calculates a load factor (ratio to the rated load) corresponding to the generator output detection signal S1 obtained by measuring the power of the generator 7, and the variable stator blade angle command signal obtained based on the load factor. S2 and the extraction valve opening command signal S3 are output to the variable stationary blade angle adjustment mechanism 6 and the extraction valve 30, respectively. The variable stationary blade angle adjusting mechanism 6 adjusts the mounting angle of the variable stationary blade 53 based on the variable stationary blade angle command signal S2 to change the outflow angle of the variable stationary blade 53, thereby passing the compressor 1 through the compressor 1. Adjust the air volume. The bleed valve 30 is adjusted to a valve opening corresponding to the bleed valve opening command signal S3, and the combustion air BA and the cooling air supplied to the combustor 2 of the compressed air A sent from the compressor 1 are cooled. The discharge amount of the bleed air EA discharged to the outside as a surplus with respect to each air amount of CA is adjusted. The variable stator blade angle adjusting mechanism 6 and the bleed valve 30 adjust the amount of air supplied to the combustor 2 so as to correspond to the output fluctuation (load fluctuation) of the generator 7.

前記空気流量取得手段49では以下のような演算を行って予混合バーナ21,35の空気流量を求める。すなわち、圧縮機空気量演算部60は、可変静翼角度調節機構6、回転速度計61および圧力センサ65からそれぞれ入力される可変静翼角度検出信号S4、圧縮機回転速度検出信号S5および圧力検出信号S6より求める圧力比を図4に示したコンプレッサマップと対照することにより圧縮機空気量を求め、圧縮機空気量信号S7を出力する。ここで、圧縮機空気量とは、圧縮機1から送給される圧縮空気Aの総量であって、燃焼器2に送られる分と抽気弁30により抽出して放出される余剰分とを含んでいる。   The air flow rate acquisition means 49 calculates the air flow rates of the premix burners 21 and 35 by performing the following calculation. That is, the compressor air amount calculation unit 60 receives the variable stator blade angle detection signal S4, the compressor rotational speed detection signal S5, and the pressure detection input from the variable stator blade angle adjustment mechanism 6, the rotational speed meter 61, and the pressure sensor 65, respectively. The compressor air amount is obtained by comparing the pressure ratio obtained from the signal S6 with the compressor map shown in FIG. 4, and the compressor air amount signal S7 is output. Here, the compressor air amount is the total amount of compressed air A supplied from the compressor 1 and includes the amount sent to the combustor 2 and the surplus extracted and discharged by the extraction valve 30. It is out.

一方、抽気空気量演算部62は、抽気弁30から入力する抽気弁開度検出信号S11に基づき抽気空気EAの流量を算出して、抽気空気量信号S12を出力する。第1の加減算器63は、前記圧縮機空気量信号S7から前記抽気空気量信号S12を減算して燃焼器空気量を算出し、燃焼器空気量信号S13を出力する。さらに、第1の乗算器64は、燃焼器空気量信号S13に予め求めた予混合バーナ流入空気流量係数を乗算して予混合バーナ空気流量を算出し、予混合バーナ空気流量信号S14を出力する。   On the other hand, the extraction air amount calculation unit 62 calculates the flow rate of the extraction air EA based on the extraction valve opening detection signal S11 input from the extraction valve 30, and outputs the extraction air amount signal S12. The first adder / subtractor 63 subtracts the extracted air amount signal S12 from the compressor air amount signal S7 to calculate a combustor air amount, and outputs a combustor air amount signal S13. Further, the first multiplier 64 calculates the premixed burner air flow rate by multiplying the combustor air amount signal S13 by the premixed burner inflow air flow rate coefficient obtained in advance, and outputs the premixed burner air flow rate signal S14. .

燃料流量指令部67は、発電機出力指令値(負荷指令値)と発電機出力検出信号(負荷検出信号)S1とに基づいて、負荷変動に対応してフィードバック制御するための総燃料供給量、つまり所定の発電機出力を得るのに必要な総燃料供給量を算出し、総燃料供給量指令信号S16を出力する。前記燃料流量設定部50において、第2の乗算器68は、第1の乗算器64からの予混合バーナ空気流量信号S14にNOX 排出量が最小となる予混合バーナ最適燃空比を乗算し、常に、一定の空燃比となるように予混合バーナ21,35に供給する燃料流量である第1燃料供給量を算出して、第1の流量−弁開度変換部69に第1燃料供給量指令信号S17を出力する。第1の流量−弁開度変換部69は、第1燃料供給量指令信号S17が示す燃料供給量を得るための予混合バーナ弁72の弁開度を演算により算出して、予混合バーナ弁開度指令信号S18を出力する。 The fuel flow rate command unit 67 is based on the generator output command value (load command value) and the generator output detection signal (load detection signal) S1, and the total fuel supply amount for feedback control corresponding to the load fluctuation, That is, the total fuel supply amount necessary to obtain a predetermined generator output is calculated, and the total fuel supply command signal S16 is output. In the fuel flow rate setting unit 50, second multiplier 68, NO X emissions multiplied by the premixed burner optimal fuel-air ratio which minimizes the premixed burner air flow rate signal S14 from the first multiplier 64 The first fuel supply amount that is the fuel flow rate supplied to the premix burners 21 and 35 is calculated so that the air-fuel ratio is always constant, and the first fuel supply is supplied to the first flow rate-valve opening conversion unit 69. An amount command signal S17 is output. The first flow rate-valve opening degree conversion unit 69 calculates the valve opening degree of the premix burner valve 72 for obtaining the fuel supply amount indicated by the first fuel supply amount command signal S17, and calculates the premix burner valve. An opening command signal S18 is output.

一方、燃料流量設定部50の第2の加減算器70は、総燃料供給量指令信号S16の総燃料供給量から第1燃料供給量指令信号S17の第1燃料供給量を減算して追焚きバーナ47に供給する燃料流量である第2燃料供給量を算出して、第2の流量−弁開度変換部71に第2燃料供給量指令信号S19を出力する。第2の流量−弁開度変換部71は、第2燃料供給量指令信号S19が示す燃料供給量を得るための追焚きバーナ弁73の弁開度を演算により算出して、追焚きバーナ弁開度指令信号S20を出力する。   On the other hand, the second adder / subtractor 70 of the fuel flow rate setting unit 50 subtracts the first fuel supply amount of the first fuel supply amount command signal S17 from the total fuel supply amount of the total fuel supply amount command signal S16, and the additional burner. A second fuel supply amount that is a fuel flow rate supplied to the fuel flow rate 47 is calculated, and a second fuel supply amount command signal S 19 is output to the second flow rate-valve opening degree conversion unit 71. The second flow rate-valve opening degree conversion unit 71 calculates the valve opening degree of the additional burner valve 73 for obtaining the fuel supply amount indicated by the second fuel supply amount command signal S19, and calculates the additional burner valve. An opening command signal S20 is output.

前記燃料供給弁部51では、予混合バーナ弁72が、第1の流量−弁開度変換部69からの予混合バーナ弁開度指令信号S18に対応する弁開度に調節されて、第1燃料供給量の燃料Fを予混合バーナ21,35に供給する。このとき、燃料Fは分配器75によりプライマリ予混合バーナ21とセカンダリ予混合バーナ35とに分配される。この予混合バーナ21,35への第1燃料供給量は、上述のように負荷変動に対応した予混合バーナ空気量に基づき最適空燃比となるように設定された燃料流量であるので、負荷の急激な変動が発生した場合であっても、希薄予混合燃焼方式である予混合バーナ21,35の空燃比が常に所要の一定値となるように制御されることから、失火や不完全燃焼などが生じるおそれのない安定燃焼を保持できるので、NOX の発生を抑制できる。起動時および拡散運転中のパイロットバーナ20への燃料供給の制御は、図示しないパイロットバーナ弁の弁開度の調節によりなされる。 In the fuel supply valve section 51, the premix burner valve 72 is adjusted to a valve opening corresponding to the premix burner valve opening command signal S18 from the first flow rate-valve opening conversion section 69, so that the first A fuel supply amount of fuel F is supplied to the premix burners 21 and 35. At this time, the fuel F is distributed to the primary premix burner 21 and the secondary premix burner 35 by the distributor 75. Since the first fuel supply amount to the premix burners 21 and 35 is the fuel flow rate set to the optimum air-fuel ratio based on the premix burner air amount corresponding to the load fluctuation as described above, Even when sudden fluctuations occur, the air-fuel ratio of the premix burners 21 and 35, which is a lean premix combustion method, is controlled so as to always have a required constant value. It can be held to no stable combustion danger which occurs, it is possible to suppress the generation of nO X. Control of the fuel supply to the pilot burner 20 at the start-up and during the diffusion operation is performed by adjusting the opening of a pilot burner valve (not shown).

一方、追焚きバーナ弁73は、第2の流量−弁開度変換部71からの追焚きバーナ弁開度指令信号S20に対応する弁開度に調節されて、前記第2燃料供給量の燃料Fを追焚きバーナ47に供給する。この第2燃料供給量は、指令された発電機出力を得るのに必要な総燃料供給量(S16に対応)から前記第1燃料供給量(S17に対応)を差し引いたものであるから、第1燃料供給量が負荷の変動に対して遅れて変動しても、第2燃料供給量(S20に対応)は急激に変動する。つまり、第1と第2の燃料供給量の合計は常に燃料流量指令部67で算出した総燃料供給量に一致するよう制御される。換言すれば、負荷の急激な変動に対応するよう総燃料供給量のうちの負荷変動による増加分または減少分が、第2燃料供給量として、時間遅れなく追焚きバーナ47に供給される。   On the other hand, the refueling burner valve 73 is adjusted to a valve opening corresponding to the reheating burner valve opening command signal S20 from the second flow rate-valve opening converting unit 71, and the fuel of the second fuel supply amount is adjusted. F is supplied to the burner 47. This second fuel supply amount is obtained by subtracting the first fuel supply amount (corresponding to S17) from the total fuel supply amount (corresponding to S16) necessary to obtain the commanded generator output. Even if the fuel supply amount fluctuates with a delay with respect to the load, the second fuel supply amount (corresponding to S20) fluctuates rapidly. That is, the sum of the first and second fuel supply amounts is always controlled to match the total fuel supply amount calculated by the fuel flow rate command unit 67. In other words, the increase or decrease of the total fuel supply amount due to the load change is supplied to the follow-up burner 47 as the second fuel supply amount without a time delay so as to correspond to the rapid load change.

ここで、追焚きバーナ47は、拡散燃焼型であるから、安定燃焼のための空燃比範囲が広いので、燃料供給量を急激に増減させても、失火や不完全燃焼のおそれが少ない。また、追焚きバーナ47は、第1の燃焼領域11aからの高温の燃焼ガスGによって高温になっている第2の燃焼領域11bに燃料Fを噴射するので、NOX の発生量を増加させない。特に、拡散バーナのみで燃焼させる場合と比べて、NOX の発生量が少なくなる。実測によると、追焚きバーナ47に供給する第2燃料供給流量は、総燃料供給流量に対し20〜25%までの供給割合の範囲内において、追焚きしない場合と比べてNOX が全く増加せず、むしろ僅かに減少することが確認されている。これにより、NOX の発生を抑制しながら、負荷の急激な変動に対する燃料供給量の追従性が向上する。 Here, the reheating burner 47 is a diffusion combustion type, and therefore has a wide air-fuel ratio range for stable combustion, so that there is little risk of misfire or incomplete combustion even if the fuel supply amount is increased or decreased rapidly. Further, reheating burner 47, so injects fuel F into the second combustion area 11b that is a high temperature due to the hot combustion gases G from the first combustion area 11a, it does not increase the amount of generation of NO X. In particular, as compared with the case of burning only the diffusion burner, the amount of the NO X is reduced. According to actual measurement, the second fuel supply flow rate supplied to the reheating burner 47 is within the scope of the feed rate of up to 20-25% relative to the total fuel supply flow rate, at all not increase the NO X than when no additional heating Rather, a slight decrease has been confirmed. Thus, while suppressing the generation of NO X, followability of the fuel supply amount to the sudden change in the load is increased.

つぎに、図5のタイミングチャートを参照しながら、負荷の急激な変動時における動作について説明する。同図(a)に示すように、負荷を急激に低下させる指令が出された場合、同図(d)に示すように、予混合バーナ21,35への空気供給量が負荷変動に対応して減少するように制御されるが、この空気供給量の制御は、可変静翼53の角度の変更による圧縮機1の空気流量の調節および抽気弁30の弁開度の可変による抽気空気EAの放出量の調節によって行われるので、応答速度が遅い。   Next, the operation at the time of a sudden change in the load will be described with reference to the timing chart of FIG. As shown in FIG. 11A, when a command for suddenly reducing the load is issued, the air supply amount to the premix burners 21 and 35 corresponds to the load fluctuation as shown in FIG. The air supply amount is controlled by adjusting the air flow rate of the compressor 1 by changing the angle of the variable stationary blade 53 and changing the valve opening of the extraction valve 30. Since it is performed by adjusting the amount of release, the response speed is slow.

これに対し、同図(b)に示すように、希薄予混合燃焼式の予混合バーナ21,35に供給する第1燃料供給量は、可変静翼53の角度および抽気弁30の弁開度から求めた圧縮機空気量から抽気空気量を差し引いて燃焼器空気量を算出したのち、この燃焼器空気量に基づき算出した予混合バーナ21,35への空気供給量に基づき設定されるので、応答性の遅い予混合バーナ21,35への空気供給量の変化に対応したものとなる。これにより、同図(e)に示すように、予混合バーナ21,35の空燃比は、負荷の急激な変動にもかかわらず常に所要の一定値を維持するので、安定燃焼を保持してNOX の発生を抑制できる。 On the other hand, as shown in FIG. 5B, the first fuel supply amount supplied to the lean premix combustion type premix burners 21 and 35 is the angle of the variable stationary blade 53 and the valve opening degree of the extraction valve 30. After calculating the combustor air amount by subtracting the extracted air amount from the compressor air amount obtained from the above, it is set based on the air supply amount to the premix burners 21 and 35 calculated based on this combustor air amount. This corresponds to a change in the amount of air supplied to the premix burners 21 and 35 having a slow response. As a result, as shown in FIG. 5E, the air-fuel ratio of the premix burners 21 and 35 always maintains a required constant value regardless of the rapid fluctuation of the load. Generation of X can be suppressed.

一方、同図(c)に示すように、追焚きバーナ47に供給される第2燃料供給量は、負荷の急激な低下に対応するように設定された総燃料供給量のうちの第1燃料供給量の減少度合いが遅いのに伴って余剰となる燃料量だけリアルタイムに減少される。これにより、負荷の急激な低減に対する発電機出力の追従性が向上する。   On the other hand, as shown in FIG. 3C, the second fuel supply amount supplied to the reheating burner 47 is the first fuel of the total fuel supply amount set so as to correspond to the rapid decrease in load. As the supply rate decreases slowly, the excess fuel amount is reduced in real time. Thereby, the followability of the generator output with respect to the rapid reduction of the load is improved.

なお、前記実施形態では、予混合バーナ21,35への予混合バーナ空気流量を求めるに際して、コンプレッサマップを用いる場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧縮機空気量もしくは予混合バーナ空気流量を空気流量計によって直接計測できる場合、コンプレッサマップは不要になる。   In the above embodiment, the case where the compressor map is used to determine the premix burner air flow rate to the premix burners 21 and 35 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the compression map is used. If the machine air quantity or premix burner air flow rate can be measured directly with an air flow meter, the compressor map is not required.

また、燃焼器2は、複数に限られず、いわゆる単缶式燃焼装置に見られるように、1つでもよい。拡散燃焼型バーナである追焚きバーナ47は、予混合バーナ21,35の下流側に配置される必要はなく、上流側またはガス流れ方向の同一位置に配置してもよい。   Further, the number of the combustors 2 is not limited to a plurality, and may be one as seen in a so-called single can combustion apparatus. The reheating burner 47, which is a diffusion combustion type burner, does not have to be arranged downstream of the premixing burners 21 and 35, and may be arranged upstream or at the same position in the gas flow direction.

本発明の希薄予混合型燃焼装置が適用されるガスタービン発電装置を示した概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a gas turbine power generator to which a lean premixed combustion apparatus of the present invention is applied. 同上のガスタービン発電装置における燃焼器を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a combustor in a gas turbine power generator same as the above. 同上の燃焼器を用いて構成した本発明の一実施形態に係る希薄予混合型燃焼装置を示す系統図である。It is a systematic diagram showing a lean premixed combustion apparatus according to an embodiment of the present invention configured using the above combustor. 同上の希薄予混合型燃焼装置で使用するコンプレッサマップの一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the compressor map used with a lean premix type combustion apparatus same as the above. (a)〜(e)は同上の希薄予混合型燃焼装置おける負荷、第1および第2燃料供給量、予混合バーナ空気供給量および予混合バーナ空燃比をそれぞれ示すタイミングチャートである。(A)-(e) is a timing chart which respectively shows the load, the 1st and 2nd fuel supply amount, the premix burner air supply amount, and the premix burner air fuel ratio in the lean premix type combustion apparatus same as the above. 従来の希薄予混合型燃焼装置おける負荷、予混合バーナ燃料供給量、予混合バーナ空気供給量および予混合バーナ空燃比をそれぞれ示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing a load, a premixed burner fuel supply amount, a premixed burner air supply amount, and a premixed burner air-fuel ratio in a conventional lean premixed combustion apparatus, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
3 タービン
21,35 予混合バーナ
30 抽気弁
47 追焚きバーナ
49 空気流量取得手段
50 燃料流量設定部
51 燃料供給弁部
53 可変静翼
A 圧縮空気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 3 Turbine 21,35 Premix burner 30 Extraction valve 47 Reheating burner 49 Air flow rate acquisition means 50 Fuel flow rate setting part 51 Fuel supply valve part 53 Variable stationary blade A Compressed air

Claims (6)

圧縮機から供給される圧縮空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスをタービンに供給する燃焼装置であって、
少なくとも一つの予混合バーナと、
少なくとも一つの拡散燃焼型の追焚きバーナと、
前記圧縮空気のうち前記予混合バーナを通る予混合バーナ空気流量を求める空気流量取得手段と、
負荷に対応した総燃料供給量を算出する燃料流量指令部と
求められた前記予混合バーナ空気流量に基づいて一定の空燃比となるように前記予混合バーナへの第1燃料供給量を算出する乗算器および前記総燃料供給量から前記第1燃料供給量を差し引いて前記追焚きバーナへの第2燃料供給量を算出する加減算器を有する燃料流量設定部と、
前記第1および第2燃料供給量となるように前記予混合バーナと前記追焚きバーナのそれぞれに燃料を供給する燃料供給弁部と、
を備えた希薄予混合型燃焼装置。
A combustion apparatus for combusting compressed air and fuel supplied from a compressor and supplying combustion gas to a turbine,
At least one premix burner;
At least one diffusion combustion type burner,
An air flow rate acquisition means for obtaining a premix burner air flow rate through the premix burner of the compressed air;
A fuel flow rate command unit for calculating a total fuel supply amount corresponding to the load ;
A multiplier for calculating a first fuel supply amount to the premix burner based on the determined premix burner air flow rate, and the first fuel supply amount from the total fuel supply amount; A fuel flow rate setting unit having an adder / subtractor for subtracting the value to calculate the second fuel supply amount to the additional burner;
A fuel supply valve unit for supplying fuel to each of the premixed burner and the reheating burner so that said first and second fuel supply amount,
A lean premixed combustion device.
請求項1において、前記空気流量取得手段は、前記圧縮機の圧力比と空気流量の関係を示すコンプレッサマップを使用して前記予混合バーナ空気流量を求める希薄予混合型燃焼装置。   2. The lean premixing combustion apparatus according to claim 1, wherein the air flow rate acquisition means obtains the premixed burner air flow rate using a compressor map indicating a relationship between a pressure ratio of the compressor and an air flow rate. 請求項2において、前記空気流量取得手段は、前記コンプレッサマップから前記圧縮機の回転速度および圧力比と可変静翼角度とに基づき圧縮機空気量を求め、この圧縮機空気量と前記圧縮空気の一部を外部に放出する抽気弁の開度とに基づき前記予混合バーナ空気流量を求める希薄予混合型燃焼装置。   3. The air flow rate acquisition means according to claim 2, wherein the air flow rate acquisition means obtains a compressor air amount from the compressor map based on a rotational speed and pressure ratio of the compressor and a variable stationary blade angle, and the compressor air amount and the compressed air A lean premixing type combustion apparatus for obtaining the premixed burner air flow rate based on an opening degree of a bleed valve that discharges a part to the outside. 少なくとも一つの予混合バーナと少なくとも一つの拡散燃焼型の追焚きバーナとを備え、圧縮機から供給される圧縮空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスをタービンに供給する燃焼装置を制御する方法であって、
前記圧縮空気のうち前記予混合バーナを通る予混合バーナ空気流量を求めるステップと、
負荷に対応した総燃料供給量を算出するステップと、
求められた前記予混合バーナ空気流量に基づいて一定の空燃比となるように前記予混合バーナへの第1燃料供給量を算出するステップと、
前記総燃料供給量から前記第1燃料供給量を差し引いて前記追焚きバーナへの第2燃料供給量を算出するステップと、
前記第1および第2燃料供給量となるように前記予混合バーナと前記追焚きバーナのそれぞれに燃料を供給するステップと、
を備えた希薄予混合型燃焼装置の制御方法。
A method of controlling a combustion apparatus comprising at least one premixing burner and at least one diffusion combustion type reheating burner, which burns compressed air and fuel supplied from a compressor and supplies combustion gas to a turbine. And
Obtaining a premix burner air flow rate through the premix burner of the compressed air;
Calculating a total fuel supply corresponding to the load;
Calculating a first fuel supply amount to the premix burner so as to obtain a constant air-fuel ratio based on the determined premix burner air flow rate ;
Calculating a second amount of fuel supplied to the reheating burner from said total fuel supply amount by subtracting said first fuel supply amount,
And supplying fuel to each of said first and second fuel supply amount and the premixed burner and the reheating burner so,
A control method for a lean premixed combustion apparatus comprising:
請求項4において、前記圧縮機の圧力比と空気流量の関係を示すコンプレッサマップを使用して前記予混合バーナ空気流量を求める希薄予混合型燃焼装置の制御方法。   5. The control method for a lean premixed combustion apparatus according to claim 4, wherein the premix burner air flow rate is obtained by using a compressor map indicating a relationship between the pressure ratio of the compressor and the air flow rate. 請求項5において、前記コンプレッサマップから前記圧縮機の回転速度および圧力比と可変静翼角度とに基づき圧縮機空気量を求め、この圧縮機空気量と前記圧縮空気の一部を外部に放出する抽気弁の開度とに基づき前記予混合バーナ空気流量を求める希薄予混合型燃焼装置の制御方法。   6. The compressor air amount according to claim 5, wherein a compressor air amount is obtained from the compressor map based on a rotation speed and pressure ratio of the compressor and a variable stationary blade angle, and the compressor air amount and a part of the compressed air are released to the outside. A control method for a lean premixed combustion apparatus for obtaining the premixed burner air flow rate based on an opening degree of a bleed valve.
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