JP6023566B2 - Gas turbine combustor and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービン燃焼器及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor and an operation method thereof.
近年、発電コストの低減、資源の有効利用、及び、地球温暖化防止の観点から、製鉄所で副生するコークス炉ガスや製油所で副生するオフガスなどの水素を含む水素含有燃料を有効利用することが検討されている。 In recent years, from the viewpoints of reducing power generation costs, effective use of resources, and prevention of global warming, effective use of hydrogen-containing fuels including hydrogen such as coke oven gas by-produced at steelworks and off-gas produced as a by-product at refineries To be considered.
例えば、ガスタービン発電プラントに水素含有燃料を利用すると、水素含有燃料は、燃焼時における二酸化炭素(Carbon Dioxide:CO2)の排出量が少ないため、地球温暖化防止策として有効である。また、豊富な資源である石炭をガス化して発電する石炭ガス化複合発電プラント(Integrated coal Gasification Combined Cycle:IGCC)においては、ガスタービンに供給する水素含有燃料中の炭素分を回収・貯留するシステム(Carbon Capture and Storage:CCS)を設けて、CO2排出量を更に削減する方策も検討されている。 For example, when a hydrogen-containing fuel is used in a gas turbine power plant, the hydrogen-containing fuel is effective as a measure for preventing global warming because carbon dioxide (Carbon Dioxide: CO 2 ) emissions during combustion are small. In the integrated coal gasification combined cycle (IGCC), which generates gas by gasifying abundant resources, a system that collects and stores the carbon in the hydrogen-containing fuel supplied to the gas turbine. (Carbon Capture and Storage: CCS) has been established to further reduce CO 2 emissions.
一方、水素含有燃料に含まれる水素は、可燃範囲が広く燃焼速度が速いため、ガスタービンの燃焼室内の壁面近傍で高温の火炎を形成し、燃焼器の信頼性を損なうことが懸念される。このような高温の火炎の局所的な形成を防止する手段としては、燃料を分散させ燃焼室内で均一に燃焼させる方法が有効である。 On the other hand, since hydrogen contained in the hydrogen-containing fuel has a wide flammable range and a high combustion speed, there is a concern that a high-temperature flame is formed near the wall surface in the combustion chamber of the gas turbine and the reliability of the combustor is impaired. As a means for preventing the local formation of such a high-temperature flame, a method of dispersing the fuel and burning it uniformly in the combustion chamber is effective.
燃料の分散性を高めて高温の火炎の形成を防止し、NOX排出量を低減する方法として、複数の燃料ノズルと複数の空気孔を備え、燃料流、および燃料流の周囲に形成された空気流を燃焼室に噴射するバーナを複数個配置した燃焼器が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 To enhance the dispersibility of the fuel to prevent formation of high-temperature flame, a method for reducing NO X emissions, comprising a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes, the fuel flow, and formed around the fuel flow A combustor in which a plurality of burners for injecting an air flow into a combustion chamber is arranged is disclosed (for example, see Patent Document 1).
上述した水素含有燃料をガスタービンの燃料として使用する場合、燃焼器内で着火に失敗すると、未燃焼の水素含有燃料が燃焼器から排出されて、下流側のタービン内に滞留する危険性が懸念される。このため、水素含有燃料を用いるガスタービンにおいては、水素を含まない起動用燃料(例えば、油燃料)で着火し、所定の部分負荷まで起動用燃料で運転し、所定の部分負荷において、起動用燃料から水素含有燃料に切り替え、この後、水素含有燃料により定格負荷まで負荷上昇させ、運転継続することが考えられる。 When the hydrogen-containing fuel described above is used as a fuel for a gas turbine, there is a concern that unburned hydrogen-containing fuel may be discharged from the combustor and stay in the turbine on the downstream side if ignition fails in the combustor. Is done. For this reason, in a gas turbine using a hydrogen-containing fuel, ignition is performed with a start-up fuel (for example, oil fuel) that does not contain hydrogen, and the start-up fuel is operated up to a predetermined partial load. It can be considered that the fuel is switched from fuel to hydrogen-containing fuel, and thereafter the load is increased to the rated load with the hydrogen-containing fuel and the operation is continued.
ところで、水素含有燃料である副生ガスは水素を30%〜60%含み、石炭ガス化ガスは水素を25%〜90%含む。また、これらの水素含有燃料の組成は、プラントの運転条件や大気条件に応じて幅広く変化する。このため、起動用燃料から水素含有燃料への切り替え中に、水素含有燃料の組成が幅広く変化すると、形成される火炎の状態が大きく変化するため、燃焼安定性が低下することが懸念される。 By the way, the byproduct gas which is a hydrogen-containing fuel contains 30% to 60% of hydrogen, and the coal gasification gas contains 25% to 90% of hydrogen. Moreover, the composition of these hydrogen-containing fuels varies widely depending on the operating conditions and atmospheric conditions of the plant. For this reason, when the composition of the hydrogen-containing fuel changes widely during the switching from the starting fuel to the hydrogen-containing fuel, the state of the flame formed is greatly changed, and there is a concern that the combustion stability is lowered.
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、ガスタービンの燃料を起動用燃料から水素含有燃料への切り替え中に、水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることのできるガスタービン燃焼器及びその運転方法を提供するものである。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned matters, and its purpose is to change the composition of the hydrogen-containing fuel during the switching of the gas turbine fuel from the starting fuel to the hydrogen-containing fuel. A gas turbine combustor capable of ensuring combustion stability and switching fuel stably and an operation method thereof are provided.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ガスタービンの起動過程に起動用燃料からガス燃料へ燃料切り替えを行うガスタービン燃焼器において、下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと,前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備えたバーナと、前記バーナの軸中心に設けられ、前記起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、前記バーナへ前記ガス燃料を供給するガス供給配管と、前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量を調整するガス燃料流量調節弁と、前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度を計測する温度検出器と、前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の発熱量を計測する熱量計と、前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込み、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替えの際に、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出し、前記ガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, in the gas turbine combustor that switches the fuel from the starting fuel to the gas fuel during the starting process of the gas turbine, the downstream combustion is performed. A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a chamber, and a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, for guiding compressed air to the combustion chamber, coaxially with the plurality of fuel nozzles A burner having a plurality of concentrically arranged air hole plates, an activation fuel nozzle provided at the center of the burner for injecting the activation fuel, and supplying the gas fuel to the burner A gas supply pipe, a start-up fuel supply pipe for supplying the start-up fuel to the start-up fuel nozzle, and a gas fuel flow provided in the gas supply pipe for adjusting a supply flow rate of the gas fuel A temperature detection unit that is provided in the control valve, provided in the startup fuel supply pipe and adjusts the supply flow rate of the startup fuel, and provided in the gas supply pipe and that measures the temperature of the gas fuel. A gas meter, a calorimeter for measuring a calorific value of the gas fuel, and a temperature process and a calorific value of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter. when the startup fuel of the fuel switching to gas fuel in calculates the time rate of change of the startup fuel flow rate and time rate of change of the flow rate of the gas fuel, and calculates each flow rate command signal, the gas fuel And a controller for outputting each flow command signal to the flow control valve and the starting fuel flow control valve.
本発明によれば、ガスタービンの燃料を起動用燃料から水素含有燃料への切り替え中に、水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。 According to the present invention, even when the composition of the hydrogen-containing fuel changes during the switching of the gas turbine fuel from the starting fuel to the hydrogen-containing fuel, the combustion stability is ensured and the fuel can be switched stably. it can.
以下、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の実施の形態を図面を用いて説明する。 Embodiments of a gas turbine combustor and an operation method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第1の実施の形態を備えたガスタービンプラントの概略構成図である。図1において、ガスタービンプラント1は、主に、空気圧縮機2,燃焼器3,タービン4,及び発電機6から構成される。空気圧縮機2は、大気より空気101を吸入して圧縮し、圧縮空気102を生成し、生成した圧縮空気102を燃焼器3へ送る。燃焼器3は、空気圧縮機2が生成した圧縮空気102とガス燃料200または液体燃料210とを混合燃焼させて燃焼ガス110を生成し、この燃焼ガス110をタービン4へ導出する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine plant provided with a first embodiment of a gas turbine combustor and an operation method thereof according to the present invention. In FIG. 1, the
燃焼器3から導かれた燃焼ガス110は、タービン4において、図示しない静翼を経て図示しない動翼に噴射され、タービン軸105を回転させる。タービン軸105の回転力によって、タービン4に接続される発電機4と空気圧縮機2とを駆動させる。燃焼ガス110は、エネルギをタービン4で回収された後に、図示しない排気ディフューザを経て、排気111として大気へ排出される。
The
発電機4は負荷検出器50を備えている。この負荷検出器50は、ガスタービン運転中の負荷を監視する。負荷検出器50が計測したガスタービンの負荷の信号400は、後述する制御装置500に入力される。
The
燃焼器3は、略円筒構造に形成されていて、その側面を形成する燃焼器外筒10と、燃焼器外筒10の端部に設けた燃焼器エンドカバー13と、燃焼器エンドカバー13の内部側に設けたバーナ8と、燃焼器外筒10の内周面とその外周面とで環状の空間を形成する主室ライナ12と、ガス燃料200または液体燃料210と圧縮空気102とを主室ライナ12の内部で燃焼させる燃焼室5を備えている。
The
バーナ8は、燃焼器エンドカバー13の内側に配置されていて、燃焼器3の軸中心に位置する油ノズル40と、燃焼室5に燃焼空気102aを導くための複数の空気孔21を設けた空気孔プレート20と、油ノズル40の外周側であって、空気孔プレート20の上流側に配置されて、ガス燃料200を空気孔21内に向けて噴射する複数個の燃料ノズル22とを備えている。
The
空気孔プレート20に複数個設けられた各空気孔21と複数個設けられた各燃料ノズル22とは1個ずつ対応させて略同軸上にそれぞれ配置されている。複数の空気孔21は燃焼器3の軸を中心とする複数の同心円上に配置されていて、本実施の形態においては、2列の空気孔群を備えている。
A plurality of
空気圧縮機2から燃焼器3に供給される圧縮空気102のうち燃焼に用いられる燃焼用空気102aは、燃焼器外筒10の内周面と主室ライナ12の外周面とで形成される環状の空間を通り、燃焼器エンドカバー13によってせき止められ、空気孔プレート20に開口した複数の空気孔21から燃焼室5に流入するように構成されている。
また、圧縮空気102の一部は主室ライナ12の壁面に設けた冷却孔から燃焼室5に流入し、主室ライナ12を冷却する冷却空気103となる。
A part of the
バーナ8に設けた複数の燃料ノズル22は、燃焼器エンドカバー13の外部から供給されるガス燃料200を分配する燃料分配器23と連結していて、複数の燃料ノズル22から噴出したガス燃料200は、空気孔プレート20に設けた複数の空気孔21によって、燃焼用空気102aと混合しながら混合流となって燃焼室5へ供給され、燃焼室5で燃焼する。
The plurality of
本実施の形態における燃焼器3は、ガス燃料200として、コークス炉ガス、製油所オフガス、石炭ガス化ガスなどの水素含有燃料や、天然ガスをはじめとするすべてのガス燃料を使用することができる。
The
水素含有燃料を燃料ガス200として使用する場合、着火失敗すると爆発のリスクが生じる。このため、着火時から所定負荷までは、起動用燃料として、軽由、灯油、A重油などの油燃料、もしくは天然ガスやプロパンなどのガス燃料を用いるのが一般的である。本実施の形態においては、水素含有燃料を燃料ガス200として供給するまでは、起動用燃料として油燃料を燃焼器3の軸心に設置した油ノズル40に供給して燃焼器3を起動する。
When hydrogen-containing fuel is used as the
起動用燃料の系統は、起動用燃料供給源210から油ノズル40へ起動用燃料210aを供給する起動用燃料供給配管70と、起動用燃料供給配管70に設けた燃料遮断弁65と流量調整弁66とを備えている。起動用燃料供給源210からの油燃料は、起動用燃料供給配管70と燃料遮断弁65と流量調整弁66とを介して起動用油燃料210aとして燃焼器エンドカバー13の取り合い口に導かれ、燃焼器エンドカバー13の内部の流路を通過し、油ノズル40を通って燃焼室5に噴出される。
The startup fuel system includes a startup
ガス燃料の系統は、ガス燃料供給源200から燃料分配器23へガス燃料200aを供給するガス供給配管71と、ガス供給配管71に設けたガス燃料遮断弁60とガス流量調節弁61とを備えている。ガス燃料供給源200からの水素含有燃料(ガス燃料)200bは、ガス供給配管71とガス遮断弁60とガス流量調節弁61とを介してガス燃料200aとして燃焼器エンドカバー13の取り合い口に導かれ、燃焼器エンドカバー13の内部の流路を通過し、燃料分配器23から複数の燃料ノズル22を通って燃焼室5に噴出される。
The gas fuel system includes a
ガス燃料の系統において、ガス燃料供給源200とガス遮断弁60とを接続するガス供給配管71の部位には、ガス燃料200bの発熱量を計測する熱量計600が設けられている。また、ガス流量調節弁61と燃焼器エンドカバー13の取り合い口とを接続するガス供給配管71の部位には、ガス燃料200aの温度を計測する温度計602が設けられている。熱量計600が計測したガス燃料200bの発熱量の信号401と、温度計602が計測したガス燃料200aの温度の信号402は、制御装置500に入力される。
In the gas fuel system, a
制御装置500は、上述した信号400と401と402とを取り込み、これらの信号を基に後述する演算を実行し、流量調節弁66とガス流量調節弁61との開度を制御することで、ガス燃料200aと起動用油燃料210aの各流量を調節制御する。
The
次に、ガスタービンの起動時の燃料流量について図2を用いて説明する。図2は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第1の実施の形態におけるガスタービン回転数及び負荷に対する起動用燃料210aとガス燃料200aの流量変化を示す特性図である。図2において、ガスタービンは、起動用燃料210による運転から開始し、所定の負荷条件において、起動用燃料210aからガス燃料200aへ燃料切り替えを行う。ここで、ガスタービンの起動過程は、図2に示す(a)〜(e)の5つのステップを経ることで、着火から定格負荷運転状態にまで達する。図中の(a)〜(e)の状態を下記する。
Next, the fuel flow rate when starting the gas turbine will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a characteristic diagram showing changes in the flow rates of the starting
(a)起動用燃料による着火
(b)無負荷定格回転数(Full Speed No Load:FSNL)
(c)燃料切り替え開始(部分負荷条件)
(d)燃料切り替え完了
(e)定格負荷
まず、ガスタービンは、例えば起動用モータ等により回転開始されて、着火速度まで、昇速される。この着火速度において、起動用燃料210aが供給されて着火する(状態(a))。この後、起動用燃料210aを増加させることで、タービン回転数を増加させて無負荷定格回転数(FSNL)まで到達させる(状態(b))。この後、発電機6を電力系統に並列させるとともに、起動用燃料210を増加させることで、タービン負荷を所定の部分負荷まで到達させる。ここで、ガスタービンは起動用燃料焚きからガス燃料焚きへの燃料切り替えが可能となる(状態(c))。燃料切り替え中((c)〜(d))は、燃焼安定性確保のため、起動用燃料210aを徐々に減らし、ガス燃料200aを増加させて燃料を切り替える(状態(d))。燃料の切り替え完了後、ガス燃料200aをさらに増加させることで、タービン負荷を定格負荷まで到達させる(状態(e))。
(A) Ignition with starting fuel
(B) No-load rated speed (Full Speed No Load: FSNL)
(C) Fuel switching start (partial load condition)
(D) Fuel change completed
(E) Rated load First, the gas turbine is started to rotate, for example, by a starter motor or the like, and is increased to the ignition speed. At this ignition speed, the starting
ここで、状態(a)〜状態(c)が起動用燃料210aの専焼状態であり、状態(c)〜状態(d)が起動用燃料210aとガス燃料200aとの混焼状態である。また、状態(d)〜状態(e)がガス燃料200aの専焼状態である。状態(c)〜状態(d)の燃料切り替え中にガス燃料200aの組成が幅広く変化すると、燃焼安定性が低下することが懸念される。本実施の形態においては、このような燃料切り替え中のガス燃料の組成変化に対応できる制御装置500を備えたガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
Here, the states (a) to (c) are the exclusive combustion state of the
次に、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第1の実施の形態を構成する制御装置について図3乃至図5を用いて説明する。図3は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第1の実施の形態を構成する制御装置の内容を示すブロック図、図4は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第1の実施の形態を構成する制御装置の燃料切り替え処理を示す特性図、図5は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第1の実施の形態を構成する制御装置の処理内容を示すフローチャート図である。図3乃至図5において、図1及び図2に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Next, the control apparatus constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram showing the contents of the control device constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of the present invention, and FIG. 4 is the first of the gas turbine combustor and the operating method of the present invention. FIG. 5 is a flow chart showing the processing contents of the control device constituting the first embodiment of the gas turbine combustor and the operating method thereof according to the present invention. FIG. 3 to 5, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
制御装置500は、負荷検出器50が検出したガスタービンの負荷信号400と、熱量計600が検出したガス燃料200bの発熱量信号401と、温度計602が検出したガス燃料200aの温度信号402とを取込む入力部と、これらの各信号を基に後述する演算処理を実行する演算部と、流量調節弁66の駆動部とガス流量調節弁61の駆動部とに演算部で算出した開度指令を例えば電流出力する出力部とを備えている。
The
演算部においては、図3に示すように、燃料切替え調整制御器501と、ガス燃料調節弁制御器502と、起動用燃料調節弁制御器503とを備えている。
As shown in FIG. 3, the calculation unit includes a fuel
燃料切替え調整制御器501は、ガスタービンの負荷信号Mw0(400)、ガス燃料200bの発熱量信号Q0(401)、およびガス燃料200aの温度信号T0(402)に基づき、燃料切り替えの間における燃焼安定性を確保するように、ガス燃料200aの流量の時間変化率、および起動用油燃料210aの流量の時間変化率を演算する。具体的には、ガス燃料200bにおける発熱量の基準値Qsとガス燃料200aの温度の基準値Tsとを予め定め、ガス燃料の性状(水素含有組成)がこれらの基準値の所定範囲内にある場合における各燃料の時間変化率を定めておき、検出したガス燃料200aの温度信号T0及びガス燃料200bの発熱量信号Q0と、これらの基準値との偏差に応じて、時間変化率を変更する。
The fuel
さらに、図4を用いて制御装置500の燃料切り替え処理の特性の設定について説明する。図4は、図2に示した状態(c)〜状態(d)の燃料切り替え期間におけるガス燃料200aと起動用油燃料210aの流量の時間変化を示すもので、縦軸を燃料流量、横軸を時刻としている。tcは状態(c)の時刻をtdは状態(d)の時刻を示している。ここで、起動用油燃料210aの流量特性線の(イ)は、基準特性線であって、上述したガス燃料200aの性状(水素含有組成)が基準値の所定範囲内にある場合の時間変化率を示している。
Furthermore, the setting of the characteristics of the fuel switching process of the
ガス燃料200bの発熱量Q0が基準値Qsよりも低い、もしくはガス燃料200aの温度T0が基準値Tsよりも低い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その低い分、多くの熱量を供給する必要がある。そこで、その熱量増加分を起動用油燃料210aの流量増加で補う。燃料切替え調整制御器501が、発熱量信号Q0(401)と温度信号T0(402)とを基に、起動用油燃料210aの流量を増加させた流量特性線(ロ)を演算する。
Calorific value Q 0 of
一方、ガス燃料200bの発熱量Q0が基準値Qsよりも高い、もしくはガス燃料200aの温度T0が基準値Tsよりも高い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その高い分、熱量を減少させる必要がある。そこで、その熱量減少分を起動用油燃料210aの流量減少で対応する。燃料切替え調整制御器501が、発熱量信号Q0(401)と温度信号T0(402)とを基に、起動用油燃料210aの流量を減少させた流量特性線(ハ)を演算する。
On the other hand, the calorific value Q 0 of
図3に戻り、このようにして、算出された各燃料の流量時間変化率信号は、ガス燃料調節弁制御器502と起動用燃料調節弁制御器503とに出力される。
Returning to FIG. 3, the flow rate change rate signal of each fuel thus calculated is output to the gas fuel
ガス燃料調節弁制御器502は、燃料切替え調整制御器501で演算した燃料流量時間変化率に基づいてガス燃料200aの流量が変化するように、ガス流量調節弁61の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、ガス流量調節弁61の駆動部に出力される。
The gas fuel
起動用燃料調節弁制御器503は、燃料切替え調整制御器501で演算した燃料流量時間変化率に基づいて起動用油燃料210aの流量が変化するように、流量調節弁66の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、流量調節弁66の駆動部に出力される。
The startup fuel
次に、制御装置500による燃料切り替えの制御の手順について図5を用いて説明する。
まず、制御装置500は、負荷検出器50が検出したガスタービンの負荷信号Mw0(400)と、熱量計600が検出したガス燃料200bの発熱量信号Q0(401)と、温度計602が検出したガス燃料200aの温度信号T0(402)とを取込む(ステップS1)。
Next, the procedure of control of fuel switching by the
First, the
次に、制御装置500は、ガスタービンの負荷信号Mw0が、燃料切り替えを開始するために定めた負荷設定値Ps以上か否かの判断を行う(ステップS2)。ガスタービンの負荷信号Mw0が、負荷設定値Ps以上の場合は、(ステップS3)に進み、それ以外の場合は、(ステップS1)へ戻る。
Next, the
次に、制御装置500は、取り込んだガス燃料200bの発熱量Q0(401)とガス燃料200aの温度信号T0(402)と予め設定された基準値Qs,Tsとの偏差を算出する(ステップS3)。具体的には、燃料切替え調整制御器501において、以下の演算を行う。
Q0―Qs=α1・・・(1)
T0−Ts=α2・・・(2)
ここで、α1は発熱量偏差、α2は温度偏差とする。
Next, the
Q 0 -Qs = α1 (1)
T 0 -Ts = α2 (2)
Here, α1 is a calorific value deviation and α2 is a temperature deviation.
次に、制御装置500は、ステップS3で算出した各偏差の和の絶対値が所定の値以下か否かを判断する(ステップS4)。各偏差の和の絶対値である|K1×α1+K2×α2|が、所定の値d以下の場合は、(ステップS5)に進み、それ以外の場合は、(ステップS6)へ進む。具体的には、燃料切替え調整制御器501において、以下の演算を行う。
|K1×α1+K2×α2|≦d・・・(3)
ここで、K1は第1変化率係数、K2は第2変化率係数であって、起動用燃料210aでガス燃料200aにおける熱量の増減を補正する際に、発熱量の偏差と温度の偏差との基準を合わせるためのものである。また、dは、ガス燃料200aの性状(水素含有組成)が基準値の所定範囲内にあるか否かを判断する定数であって、予め試験等を実施して決められる。
Next,
| K1 × α1 + K2 × α2 | ≦ d (3)
Here, K1 is a first rate of change coefficient, and K2 is a second rate of change coefficient. When correcting the increase or decrease in the amount of heat in the
(ステップS4)において、各偏差の和の絶対値が所定の値以下と判断された場合、制御装置500は、燃料切り替えにおける起動用油燃料210aの時間変化率を、予め定めた基準値とする(ステップS5)。具体的には、図4における基準特性線である流量特性線(イ)で制御する。
When it is determined in (Step S4) that the absolute value of the sum of the deviations is equal to or less than a predetermined value,
(ステップS4)において、各偏差の和の絶対値が所定の値超過と判断された場合、制御装置500は、各偏差の和と所定の値との大小を判断する(ステップS6)。各偏差の和が所定の値d超過の場合は(ステップS7)に進み、それ以外の場合は、(ステップS8)へ進む。具体的には、燃料切替え調整制御器501において、以下の演算を行う。
K1×α1+K2×α2>d・・・(4)
(ステップS6)において、各偏差の和が所定の値超過と判断された場合、制御装置500は、燃料切り替えにおける起動用油燃料210aの時間変化率を、予め定めた基準値より起動用油燃料210aが低下する値とする(ステップS7)。具体的には、図4における流量特性線(ハ)で制御する。
When it is determined in (Step S4) that the absolute value of the sum of the deviations exceeds the predetermined value, the
K1 × α1 + K2 × α2> d (4)
When it is determined in (Step S6) that the sum of the deviations exceeds a predetermined value, the
(ステップS6)において、各偏差の和が所定の値超過ではないと判断された場合、制御装置500は、燃料切り替えにおける起動用油燃料210aの時間変化率を、予め定めた基準値より起動用油燃料210aが増加する値とする(ステップS8)。具体的には、図4における流量特性線(イ)で制御する。
When it is determined in (Step S6) that the sum of the deviations does not exceed the predetermined value, the
(ステップS5)または(ステップS7)または(ステップS8)を実行した後、制御装置500は、選択された流量特性線に従って起動用燃料流量調節弁66へ開度指令を出力する(ステップS9)。具体的には、起動用燃料調節弁制御器503において、選択された流量特性線の時間変化率に基づいて起動用油燃料210aの流量が変化するように、流量調節弁66の開度指令を算出し、流量調節弁66の駆動部に指令信号が出力される。
After executing (Step S5) or (Step S7) or (Step S8), the
制御装置500は、ガス燃料調節弁61へ開度指令を出力する(ステップS10)。具体的には、ガス燃料調節弁制御器502において、燃料切替え調整制御器501で演算した燃料流量時間変化率に基づいてガス燃料200aの流量が変化するように、ガス流量調節弁61の開度指令を算出し、ガス流量調節弁61の駆動部に指令信号が出力される。制御装置500は(ステップS10)を実行後、リターンする。
The
本実施の形態によれば、いわゆる同軸噴流クラスタバーナを備えたガスタービン燃焼器において、起動用油燃料210aから水素含有燃料であるガス燃料200aへの燃料切り替えの際、ガス燃料200bの発熱量Q0とガス燃料200aの温度T0とを検出して、ガス燃料200aの熱量を演算して時間変化率を設定しているので、燃料切り替え中に、ガス燃料200aの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。
According to the present embodiment, in the gas turbine combustor provided with a so-called coaxial jet cluster burner, when the fuel is switched from the starting
上述した本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第1の実施の形態によれば、ガスタービンの燃料を起動用油燃料210aから水素含有燃料であるガス燃料200aへの切り替え中に、ガス燃料200aの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。
According to the first embodiment of the gas turbine combustor and the operating method of the present invention described above, during the switching of the gas turbine fuel from the starting
以下、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第2の実施の形態を図面を用いて説明する。図6は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第2の実施の形態を備えたガスタービンプラントの概略構成図である。図6において、図1乃至図5に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 The second embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a gas turbine plant provided with a second embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 5 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第2の実施の形態において、ガスタービンプラントの構成は、大略第1の実施の形態と同じであるが、燃焼器において、第1の実施の形態のバーナを複数個配置して、いわゆるマルチクラスタバーナを備えた点が異なる。 In the second embodiment of the gas turbine combustor and the operation method thereof according to the present invention, the configuration of the gas turbine plant is substantially the same as that of the first embodiment, but in the combustor, the first embodiment. The difference is that a plurality of burners are provided and so-called multi-cluster burners are provided.
図6において、燃焼器エンドカバー13の内部側には、燃焼器3の軸中心部に位置する1個の中央バーナ32と、中央バーナ32の外周部に複数個の外周バーナ33とを備えている。これらの中央バーナ32と外周バーナ33は、燃焼室5に燃焼空気102aを導くための空気孔21を複数個設けた空気孔プレート20と、この空気孔プレート20の上流側に配置されてガス燃料200aを空気孔21内に向けて噴射する複数個の燃料ノズル22とを備えている。
In FIG. 6, on the inner side of the
外周バーナ33において、空気孔プレート20に複数個設けられた各空気孔21と複数個設けられた各燃料ノズル22とは1個ずつ対応させて略同軸上にそれぞれ配置されている。複数の空気孔21は外周バーナ33の軸を中心とする複数の同心円上に配置されていて、本実施の形態においては、1列目空気孔群51と1列目空気孔群51の外周側に配置した2列目空気孔群52と、2列目空気孔群52の外周に配置した3列目空気孔群53とを備えている。
In the outer
複数の燃料ノズル22は、燃焼器エンドカバー13の外部から供給されるガス燃料200a(202,203)を分配する燃料分配器23と連結していて、複数の燃料ノズル22から噴出したガス燃料200a(202,203)は、空気孔プレート20に設けた複数の空気孔21によって、燃焼用空気102aと混合しながら混合流となって燃焼室5へ供給され、燃焼室5で燃焼する。
The plurality of
中央バーナ32は、燃焼器3の軸中心に位置する油ノズル40と、油ノズル40の外周側であって、空気孔プレート20の上流側に配置されて、ガス燃料200a(201)を空気孔21内に向けて噴射する複数個の燃料ノズル22とを備えている。
The
中央バーナ32において、空気孔プレート20に複数個設けられた各空気孔21の上流側と複数個設けられた各燃料ノズル22とは1個ずつ対応させてそれぞれ配置されている。また、空気孔プレート20の燃焼室側表面301が、その中心軸に向けて凹状に傾斜した傾斜面を備えている。このため、各空気孔21の下流側は、燃焼器3の軸中心に向かうように形成されている。
In the
次に、燃焼器3の中央バーナ32と外周バーナ33とにガス燃料200aを供給する燃料系統について説明する。
起動用燃料の系統は、起動用燃料供給源210から油ノズル40へ起動用燃料210aを供給する起動用燃料供給配管70と、起動用燃料供給配管70に設けた燃料遮断弁65と流量調整弁66とを備えている。起動用燃料供給源210からの油燃料は、起動用燃料供給配管70と燃料遮断弁65と流量調整弁66とを介して起動用油燃料210aとして燃焼器エンドカバー13の取り合い口に導かれ、燃焼器エンドカバー13の内部の流路を通過し、油ノズル40を通って燃焼室5に噴出される。
Next, a fuel system for supplying the
The startup fuel system includes a startup
ガス燃料の系統は、ガス燃料供給源200とガス遮断弁60とを接続するガス供給配管71aと、ガス遮断弁60の下流で3つの燃料系統に分岐し、中央バーナ32の燃料分配器23へF1ガス燃料201を供給するガス供給配管72と、中央バーナの外周側に複数個設置した外周バーナ33の燃料分配器23へF2,F3ガス燃料202,203を供給するガス供給配管73,74と、ガス供給配管72に設けたF1ガス流量調節弁61aと、ガス供給配管73に設けたF2ガス流量調節弁62と、ガス供給配管74に設けたF3ガス流量調節弁63とを備えている。なお、説明の便宜上、ガスF1ガス燃料201とF2ガス燃料202とF3ガス燃料の合計をガス燃料200aとする。
The gas fuel system branches into three fuel systems downstream of the gas shut-off
ガス燃料の系統において、ガス燃料供給源200とガス遮断弁60とを接続するガス供給配管71aには、ガス燃料200bの発熱量を計測する熱量計600が設けられている。また、F1ガス流量調節弁61aと燃焼器エンドカバー13の取り合い口とを接続する燃料配管72には、F1ガス燃料201の温度を計測する温度計601が設けられている。
In the gas fuel system, a
同様に、F2ガス流量調節弁62と燃焼器エンドカバー13の取り合い口とを接続する燃料配管73とF3ガス流量調節弁63と燃焼器エンドカバー13の取り合い口とを接続する燃料配管74とには、F2ガス燃料202の温度を計測する温度計602とF3ガス燃料203の温度を計測する温度計603とがそれぞれ設けられている
熱量計600が計測したガス燃料200bの発熱量の信号401と、温度計601〜603が計測したF1〜F3ガス燃料201〜203の温度の信号402〜404は、制御装置500に入力される。
Similarly, a
本実施の形態のようなマルチクラスタバーナと複数の燃料系統を備えた燃焼器においては、これらバーナと燃料系統によって、燃焼器3の燃焼部分を複数に分割し、運転負荷に応じて燃焼部分を増減する。具体的には、起動時には、1つの燃料系統を使用して1部のバーナで燃料を燃焼させ、その後、燃料流量の増加に伴い、使用燃料系統を増やすと共に、未着火バーナに順次点火することで、燃焼部分を増加させる方法(燃焼切替え)が実行されている。
In a combustor having a multi-cluster burner and a plurality of fuel systems as in the present embodiment, the combustion part of the
制御装置500は、上述した信号400〜404を取り込み、これらの信号を基に後述する演算を実行し、流量調節弁66とF1〜F3ガス流量調節弁61a,62,63との開度を制御することで、F1〜F3ガス燃料201〜203と起動用油燃料210aの各流量を調節制御する。
The
次に、本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第2の実施の形態を構成する制御装置について図7及び図8を用いて説明する。図7は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第2の実施の形態を構成する制御装置の内容を示すブロック図、図8は本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第2の実施の形態を構成する制御装置の燃料切り替え処理を示す特性図である。図7及び図8において、図1乃至図6に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Next, the control apparatus which comprises 2nd Embodiment of the gas turbine combustor and its operating method of this invention is demonstrated using FIG.7 and FIG.8. FIG. 7 is a block diagram showing the contents of a control device constituting the second embodiment of the gas turbine combustor and the operating method thereof according to the present invention, and FIG. 8 is the second diagram of the gas turbine combustor and the operating method thereof according to the present invention. It is a characteristic view which shows the fuel switching process of the control apparatus which comprises this embodiment. 7 and 8, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 6 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
制御装置500は、負荷検出器50が検出したガスタービンの負荷信号400と、熱量計600が検出したガス燃料200bの発熱量信号401と、温度計601が検出したF1ガス燃料201の温度信号402と、温度計602が検出したF2ガス燃料202の温度信号403と、温度計603が検出したF3ガス燃料203の温度信号404とを取込む入力部と、これらの各信号を基に後述する演算処理を実行する演算部と、流量調節弁66の駆動部とF1〜F3ガス流量調節弁61a,62,63の駆動部とに演算部で算出した開度指令を例えば電流出力する出力部とを備えている。
The
演算部においては、図7に示すように、燃料切替え調整制御器501aと、F1ガス燃料調節弁制御器502aと、F2ガス燃料調節弁制御器503aと、F3ガス燃料調節弁制御器504aと、起動用燃料調節弁制御器505aとを備えている。
In the calculation unit, as shown in FIG. 7, a fuel
燃料切替え調整制御器501aは、ガスタービンの負荷信号Mw0(400)、ガス燃料200bの発熱量信号Q0(401)、F1ガス燃料201の温度信号T10(402)、F2ガス燃料202の温度信号T20(403)およびF3ガス燃料203の温度信号T30(404)に基づき、燃料切り替えの間における燃焼安定性を確保するように、F1〜F3ガス燃料201〜203の流量の時間変化率、および起動用油燃料210aの流量の時間変化率を演算する。具体的には、ガス燃料200bにおける発熱量の基準値QsとF1〜F3ガス燃料201〜203の温度の基準値Tsとを予め定め、ガス燃料200aの性状(水素含有組成)がこれらの基準値の所定範囲内にある場合における各燃料の時間変化率を定めておき、検出したF1〜F3ガス燃料201〜203の温度信号T10〜T30及びガス燃料200bの発熱量信号Q0と、これらの基準値との偏差に応じて、時間変化率を変更する。
The fuel
さらに、図8を用いて制御装置500の燃料切り替え処理の特性の設定について説明する。図8は、図2に示した状態(c)〜状態(d)の燃料切り替え期間におけるガス燃料200aと起動用油燃料210aの流量の時間変化を示すもので、縦軸を燃料流量、横軸を時刻としている。tcは状態(c)の時刻をtdは状態(d)の時刻を示している。ここで、起動用油燃料210aの流量特性線の(イ)は、基準特性線であって、上述したガス燃料の性状(水素含有組成)が基準値の所定範囲内にある場合の時間変化率を示している。
Furthermore, the setting of the characteristics of the fuel switching process of the
上述したように、本実施の形態においては、燃料切り替え中にガス燃料200aの流量が増加するが、このガス燃料200aの流量の増加に伴い、使用燃料系統を増やすと共に、未着火バーナに順次点火して燃焼部分を増加させる方法(燃焼切替え)も同時に実施されている。具体的には、時刻tcから時刻tc1の間は、中央バーナ32にのみF1ガス燃料201が定められた時間変化率で漸増供給される。ガス燃料200aの流量が第1燃焼切り替え設定燃料流量に到達すると(時刻tc1)、F2ガス燃料202が供給される外周バーナ33が点火され、ガス燃料200aの流量をF1ガス燃料201とF2ガス燃料202とに分配する。
As described above, in the present embodiment, the flow rate of the
時刻tc1から時刻tc2の間は、F1ガス燃料201とF2ガス燃料202とが、定められた時間変化率で漸増供給される。ガス燃料200aの流量が第2燃焼切り替え設定燃料流量に到達すると(時刻tc2)、F3ガス燃料203が供給される外周バーナ33が点火され、ガス燃料200aの流量をF1ガス燃料201とF2ガス燃料202とF3ガス燃料とに分配する。時刻tc2から時刻tdの間は、F1ガス燃料201とF2ガス燃料202とF3ガス燃料203とが、定められた時間変化率で漸増供給される。
Between the time tc1 and the time tc2, the
ガス燃料200bの発熱量Q0が基準値Qsよりも低い、もしくはF1ガス燃料201からF3ガス燃料203の温度T10〜T30が基準値Tsよりも低い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その低い分、多くの熱量を供給する必要がある。そこで、その熱量増加分を起動用油燃料210aの流量増加で補う。燃料切替え調整制御器501が、発熱量信号Q0(401)と温度信号T10〜T30(402〜404)とを基に、起動用油燃料210aの流量を増加させた流量特性線(ロ)を演算する。
Calorific value Q 0 of
一方、ガス燃料200bの発熱量Q0が基準値Qsよりも高い、もしくはF1ガス燃料201からF3ガス燃料203の温度T10〜T30が基準値Tsよりも高い場合、燃料切り替え中の燃焼安定性を確保するためには、その高い分、熱量を減少させる必要がある。そこで、その熱量減少分を起動用油燃料210aの流量減少で対応する。燃料切替え調整制御器501が、発熱量信号Q0(401)と温度信号T10〜T30(402〜404)とを基に、起動用油燃料210aの流量を減少させた流量特性線(ハ)を演算する。
On the other hand, higher than the reference value Qs calorific value Q 0 of
図7に戻り、このようにして、算出された各燃料の流量時間変化率信号は、F1ガス燃料調節弁制御器502aとF2ガス燃料調節弁制御器503aとF3ガス燃料調節弁制御器504aと起動用燃料調節弁制御器505aとに出力される。
Returning to FIG. 7, the flow rate change rate signals of the respective fuels calculated in this way are the F1 gas fuel
F1ガス燃料調節弁制御器502aは、燃料切替え調整制御器501aで演算した燃料流量時間変化率に基づいてF1ガス燃料201の流量が変化するように、F1ガス流量調節弁61aの開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、F1ガス流量調節弁61aの駆動部に出力される。
The F1 gas fuel
F2ガス燃料調節弁制御器503aは、燃料切替え調整制御器501aで演算した燃料流量時間変化率に基づいてF2ガス燃料202の流量が変化するように、F2ガス流量調節弁62の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、F2ガス流量調節弁62の駆動部に出力される。
The F2 gas fuel control valve controller 503a gives an opening degree command for the F2 gas
F3ガス燃料調節弁制御器504aは、燃料切替え調整制御器501aで演算した燃料流量時間変化率に基づいてF3ガス燃料203の流量が変化するように、F3ガス流量調節弁63の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、F3ガス流量調節弁63の駆動部に出力される。
The F3 gas fuel control valve controller 504a issues an opening degree command for the F3 gas
起動用燃料調節弁制御器505aは、燃料切替え調整制御器501で演算した燃料流量時間変化率に基づいて起動用油燃料210aの流量が変化するように、流量調節弁66の開度指令を算出する。この開度指令は、例えば、電流信号に変換されて、流量調節弁66の駆動部に出力される。
The startup fuel control valve controller 505a calculates the opening command of the flow
本実施の形態によれば、いわゆるマルチクラスタバーナを備えたガスタービン燃焼器において、起動用油燃料210aから水素含有燃料であるガス燃料200aへの燃料切り替えの際、ガス燃料200bの発熱量Q0とF1〜F3ガス燃料201〜203の温度T10〜T30とを検出して、F1〜F3ガス燃料201〜203の熱量を演算して時間変化率を設定しているので、燃料切り替え中に、ガス燃料200aの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。
According to the present embodiment, in the gas turbine combustor provided with a so-called multi-cluster burner, when the fuel is switched from the starting
上述した本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法の第2の実施の形態によれば、起動用油燃料210aから水素含有燃料であるガス燃料200aへの切り替え中に、ガス燃料200aの水素含有燃料の組成が変化しても、燃焼安定性を確保し、安定して燃料を切り替えることができる。
According to the second embodiment of the gas turbine combustor and the method of operating the same described above, the hydrogen content of the
1 ガスタービンプラント
2 空気圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
5 燃焼室
6 発電機
8 バーナ
10 外筒
12 主室ライナ
13 燃焼器エンドカバー
20 空気孔プレート
21 空気孔
22 燃料ノズル
23 燃料分配器
32 中央バーナ
33 外周バーナ
40 油ノズル
50 負荷検出器
51 1列目空気孔
52 2列目空気孔
53 3列目空気孔
60 燃料遮断弁
61 ガス流量調節弁
61a F1ガス流量調節弁
62 F2ガス流量調節弁
63 F3ガス流量調節弁
66 流量調節弁
101 空気
102 圧縮空気
103 冷却空気
110 燃焼ガス
111 排気ガス
200a ガス燃料
210a 起動用油燃料
301 空気孔プレート燃焼室側表面
400 ガスタービン負荷の計測値信号
401 燃料発熱量の計測値信号
402 燃料温度の計測信号
500 制御装置
501 燃料切替え調整制御器
502 ガス燃料調節弁制御器
503 起動用燃料調節弁制御器
501a 燃料切替え調整制御器
502a F1ガス燃料調節弁制御器
503a F2ガス燃料調節弁制御器
504a F3ガス燃料調節弁制御器
505a 起動用燃料調節弁制御器
600 熱量計
601 温度計
DESCRIPTION OF
Claims (6)
下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと,前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備えたバーナと、
前記バーナの軸中心に設けられ、前記起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、
前記バーナへ前記ガス燃料を供給するガス供給配管と、
前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量を調整するガス燃料流量調節弁と、
前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度を計測する温度検出器と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の発熱量を計測する熱量計と、
前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込み、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替えの際に、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出し、前記ガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力する制御装置とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 In the gas turbine combustor that switches the fuel from the starting fuel to the gas fuel during the starting process of the gas turbine,
A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a downstream combustion chamber, a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, and leading compressed air to the combustion chamber A burner provided with a plurality of concentric air hole plates coaxially with the fuel nozzle;
An activation fuel nozzle that is provided at the axial center of the burner and injects the activation fuel;
A gas supply pipe for supplying the gas fuel to the burner;
A starting fuel supply pipe for supplying the starting fuel to the starting fuel nozzle;
A gas fuel flow control valve that is provided in the gas supply pipe and adjusts a supply flow rate of the gas fuel;
A starting fuel flow rate adjusting valve that is provided in the starting fuel supply pipe and adjusts a supply flow rate of the starting fuel;
A temperature detector provided in the gas supply pipe for measuring the temperature of the gas fuel;
A calorimeter provided in the gas supply pipe for measuring the calorific value of the gas fuel;
Taking in the temperature and calorific value of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter, the rate of change over time in the flow rate of the gas fuel when switching from the starting fuel to the gas fuel in the starting process the starting calculates the time rate of change of flow rate of the fuel, and calculates each flow rate command signal, and a control unit for outputting the flow rate command signal to said gas fuel flow rate control valve and the startup fuel flow rate control valve and A gas turbine combustor comprising:
下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと,前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備え、前記ガスタービン燃焼器の軸中心部に配置された中央バーナと、
下流側の燃焼室に前記ガス燃料を噴出する複数の燃料ノズルと,前記複数の燃料ノズルと前記燃焼室との間に設置され、前記燃焼室に圧縮空気を導く複数の空気孔が前記複数の燃料ノズルと同軸で複数の同心円状に配置された空気孔プレートとを備え、前記中央バーナの外周部に複数個配置された外周バーナと、
前記中央バーナの軸中心に設けられ、前記起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、
前記複数の外周バーナと前記中央バーナとへ前記ガス燃料をそれぞれ供給する複数のガス供給配管と、
前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、
前記複数のガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量をそれぞれ調整する複数のガス燃料流量調節弁と、
前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、
前記複数のガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度をそれぞれ計測する複数の温度検出器と、
前記複数のガス供給配管の供給元に設けられ、前記供給元のガス燃料の発熱量を計測する熱量計と、
前記複数の温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込み、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替えの際に、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出し、前記複数のガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力する制御装置とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 In the gas turbine combustor that switches the fuel from the starting fuel to the gas fuel during the starting process of the gas turbine,
A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a downstream combustion chamber, a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, and leading compressed air to the combustion chamber A central burner disposed at the axial center of the gas turbine combustor, comprising a fuel nozzle and a plurality of concentrically arranged air hole plates coaxially;
A plurality of fuel nozzles for injecting the gaseous fuel into a downstream combustion chamber, a plurality of air holes installed between the plurality of fuel nozzles and the combustion chamber, and leading compressed air to the combustion chamber A plurality of concentrically arranged air hole plates coaxial with the fuel nozzle, and a plurality of outer peripheral burners disposed on the outer peripheral portion of the central burner;
An activation fuel nozzle that is provided at the center of the central burner and injects the activation fuel;
A plurality of gas supply pipes each supplying the gas fuel to the plurality of outer peripheral burners and the central burner;
A starting fuel supply pipe for supplying the starting fuel to the starting fuel nozzle;
A plurality of gas fuel flow control valves that are provided in the plurality of gas supply pipes and respectively adjust the supply flow rate of the gas fuel;
A starting fuel flow rate adjusting valve that is provided in the starting fuel supply pipe and adjusts a supply flow rate of the starting fuel;
A plurality of temperature detectors provided in the plurality of gas supply pipes, each for measuring the temperature of the gas fuel;
A calorimeter provided at a supply source of the plurality of gas supply pipes and measuring a calorific value of the gas fuel of the supply source;
The temperature and the calorific value of the gas fuel measured by the plurality of temperature detectors and the calorimeter are taken in, and when the fuel is switched from the starting fuel to the gas fuel in the starting process, the flow time of the gas fuel Calculates the rate of change and the rate of time change of the flow rate of the starting fuel , calculates each flow rate command signal, and outputs each flow rate command signal to the plurality of gas fuel flow rate control valves and the starter fuel flow rate control valve A gas turbine combustor.
前記制御装置は、予め前記ガス燃料の温度の基準値と発熱量の基準値とを設定し、これらの基準値と前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量との偏差に応じて、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化とを変更する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The control device previously sets a reference value for the temperature of the gas fuel and a reference value for the calorific value, and the temperature and calorific value of the gas fuel measured by the reference value, the temperature detector, and the calorimeter. The time change rate of the flow rate of the gas fuel and the change over time of the flow rate of the starting fuel are changed in accordance with the deviation.
前記制御装置は、予め前記ガス燃料の温度の基準値と発熱量の基準値とを設定し、これらの基準値に対して前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とが低い場合には、前記起動用燃料の流量が増加する時間変化率に変更する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The control device sets a reference value for the temperature of the gas fuel and a reference value for the calorific value in advance, and the temperature of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter with respect to these reference values. When the calorific value is low, the gas turbine combustor is changed to a time change rate at which the flow rate of the starting fuel increases.
前記制御装置は、予め前記ガス燃料の温度の基準値と発熱量の基準値とを設定し、これらの基準値に対して前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とが高い場合には、前記起動用燃料の流量が減少する時間変化率に変更する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The control device sets a reference value for the temperature of the gas fuel and a reference value for the calorific value in advance, and the temperature of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter with respect to these reference values. When the calorific value is high, the gas turbine combustor is changed to a time change rate at which the flow rate of the starting fuel decreases.
前記バーナの軸中心に設けられ、起動用燃料を噴射する起動用燃料ノズルと、
前記バーナへ前記ガス燃料を供給するガス供給配管と、
前記起動用燃料ノズルへ前記起動用燃料を供給する起動用燃料供給配管と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の供給流量を調整するガス燃料流量調節弁と、
前記起動用燃料供給配管に設けられ、前記起動用燃料の供給流量を調整する起動用燃料流量調節弁と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の温度を計測する温度検出器と、
前記ガス供給配管に設けられ、前記ガス燃料の発熱量を計測する熱量計とを備え、起動過程に起動用燃料からガス燃料へ燃料切り替えを行うガスタービン燃焼器の運転方法であって、
前記温度検出器と前記熱量計とが計測した前記ガス燃料の温度と発熱量とを取り込むステップと、起動過程における起動用燃料からガス燃料への燃料切り替え開始を判断するステップと、前記ガス燃料の流量の時間変化率と前記起動用燃料の流量の時間変化率とを演算し、各流量指令信号を算出するステップと、前記ガス燃料流量調節弁と前記起動用燃料流量調節弁とへ各流量指令信号を出力するステップとを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。 A plurality of fuel nozzles for injecting gas fuel into the combustion chamber on the downstream side, is installed between the combustion chamber and the plurality of fuel nozzles, a plurality of air holes for guiding compressed air to the combustion chamber of the plurality A burner provided with a plurality of concentric air hole plates coaxially with the fuel nozzle;
Provided on the shaft center of the burner, a fuel nozzle for startup which injects fuel for startup,
A gas supply pipe for supplying the gas fuel to the burner;
A starting fuel supply pipe for supplying the starting fuel to the starting fuel nozzle;
A gas fuel flow control valve that is provided in the gas supply pipe and adjusts a supply flow rate of the gas fuel;
A starting fuel flow rate adjusting valve that is provided in the starting fuel supply pipe and adjusts a supply flow rate of the starting fuel;
A temperature detector provided in the gas supply pipe for measuring the temperature of the gas fuel;
A gas turbine combustor operating method provided in the gas supply pipe, comprising a calorimeter for measuring the calorific value of the gas fuel, and switching the fuel from the starting fuel to the gas fuel in the starting process,
Capturing the temperature and calorific value of the gas fuel measured by the temperature detector and the calorimeter, determining the start of fuel switching from the starting fuel to the gas fuel in the starting process, and Calculating a flow rate change rate and a time change rate of the start fuel flow rate, calculating each flow rate command signal, and supplying each flow rate command to the gas fuel flow rate control valve and the starter fuel flow rate control valve; And a step of outputting a signal. A method for operating a gas turbine combustor.
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