JP5464376B2 - Combustor, gas turbine, and fuel control method for combustor - Google Patents
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Description
本発明は燃焼器、ガスタービン及び燃焼器の燃料制御方法に関する。 The present invention relates to a combustor, a gas turbine, and a fuel control method for the combustor.
例えば天然ガスや灯油、軽油のような窒素含有量の少ない低窒素含有燃料を用いる場合、燃焼器で発生するNOxの大部分は空気中の窒素が酸化されて発生するサーマルNOxである。サーマルNOxの生成は温度依存性が高いため、低窒素含有燃料を使用するガスタービンでは、一般に火炎温度を低減することで低NOx化を図っている。火炎温度を低減する方策としては、燃料と空気を予め混合した後に燃焼させる予混合燃焼が知られている。しかし、従来の予混合燃焼方式においては、燃焼用空気の温度が高い場合、燃料の自発火温度が低い場合等に、予混合器内部で燃料が燃焼する「逆火」が発生し得る。そこで、逆火を防止しつつ、火炎温度を適度に制御して低NOx化を図るために、多数の小径の孔に燃料を噴射して空気との同軸噴流として燃料を燃焼室に噴出させるがある(特許文献1等参照)。 For example, when using a low nitrogen-containing fuel with a low nitrogen content such as natural gas, kerosene, or light oil, most of the NOx generated in the combustor is thermal NOx generated by oxidizing nitrogen in the air. Since the generation of thermal NOx is highly temperature dependent, gas turbines that use low nitrogen-containing fuel generally attempt to reduce NOx by reducing the flame temperature. As a measure for reducing the flame temperature, premixed combustion is known in which fuel and air are mixed in advance and then burned. However, in the conventional premixed combustion system, when the temperature of the combustion air is high, or when the self-ignition temperature of the fuel is low, “backfire” in which the fuel burns inside the premixer can occur. Therefore, in order to reduce the NOx by appropriately controlling the flame temperature while preventing backfire, fuel is injected into a large number of small-diameter holes, and the fuel is injected into the combustion chamber as coaxial jets with air. Yes (see Patent Document 1).
一方、燃焼器に供給される燃料と空気の比つまり燃空比について考えると、ガスタービンの運転においては、通常、ガスタービン負荷が低いときには燃空比を小さく、ガスタービン負荷が高いときには燃空比を大きくする。上述した多数の同軸噴流を形成させる燃焼器を含めて低NOx燃焼を狙った燃焼器においては、燃空比を小さくするとNOx発生量は抑えられるものの燃焼安定性が低下してしまう。逆に燃空比を大きくするとNOx発生量が増加する傾向がある。それに対し、ガスタービンの広い負荷帯において低NOx安定燃焼を実現するために、燃空比の増加に伴って燃焼させるバーナ群を増加させることによって、燃焼しているバーナの局所燃空比を一定の範囲に保つことが知られている(特許文献2等参照)。
On the other hand, considering the ratio of fuel to air supplied to the combustor, that is, the fuel-air ratio, in the operation of a gas turbine, the fuel-air ratio is usually small when the gas turbine load is low, and the fuel-air ratio is high when the gas turbine load is high. Increase the ratio. In a combustor that aims at low NOx combustion including the combustors that form a large number of coaxial jets as described above, if the fuel-air ratio is reduced, the amount of NOx generated is suppressed, but the combustion stability is lowered. Conversely, increasing the fuel-air ratio tends to increase the amount of NOx generated. On the other hand, in order to realize low NOx stable combustion in a wide load range of the gas turbine, the local fuel-air ratio of the burning burner is kept constant by increasing the number of burners to be burned as the fuel-air ratio increases. It is known to keep within the range (see
燃空比の増加に伴って燃焼させるバーナ群を増加させることによって低NOx化を図るためには、燃焼しているバーナの局所燃空比が化学量論比近傍の値とならないようにすることが必要である。一方、燃空比が最も小さいときでも燃焼を安定に維持するためには、燃焼しているバーナ群(パイロットバーナ)の燃空比を安定下限局所燃空比よりも十分大きく設定する必要がある。 In order to reduce NOx by increasing the number of burners to be burned as the fuel / air ratio increases, the local fuel / air ratio of the burning burner should not be close to the stoichiometric ratio. is necessary. On the other hand, in order to maintain stable combustion even when the fuel-air ratio is the smallest, it is necessary to set the fuel-air ratio of the burning burner group (pilot burners) to be sufficiently larger than the stable lower-limit local fuel-air ratio. .
このように設定されたパイロットバーナを燃焼させてガスタービン負荷を増加させる場合、化学量論比を跨いでパイロットバーナの燃空比を上昇させることになる。したがって、ガスタービン負荷の増大の過程で局所燃空比が化学量論比近傍にある間にNOxの発生量が増加する。 When the gas turbine load is increased by burning the pilot burner set in this way, the fuel-air ratio of the pilot burner is increased across the stoichiometric ratio. Therefore, the amount of NOx generated increases while the local fuel-air ratio is in the vicinity of the stoichiometric ratio in the process of increasing the gas turbine load.
本発明の目的は、バーナの局所燃空比が化学量論比を跨いで上昇することによって発生するNOx量を低減させることができる燃焼器、ガスタービン及び燃焼器の燃料制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a combustor, a gas turbine, and a fuel control method for the combustor that can reduce the amount of NOx generated when the local fuel-air ratio of the burner rises across the stoichiometric ratio. It is in.
上記目的を達成するために、本発明は、個別の燃料系統に接続した複数のバーナでパイロットバーナを構成し、パイロットバーナの燃空比が化学量論比を通過する際に、各バーナの局所燃空比を化学量論比に対して燃料希薄側と燃料過濃側に振り分けて設定することによって個々のバーナについて短時間で化学量論比近傍を通過する。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a pilot burner composed of a plurality of burners connected to individual fuel systems, and when the fuel-air ratio of the pilot burner passes the stoichiometric ratio, By setting the fuel-air ratio to the fuel lean side and the fuel rich side with respect to the stoichiometric ratio, each burner passes through the vicinity of the stoichiometric ratio in a short time.
本発明によれば、バーナの局所燃空比が化学量論比を跨いで上昇することによって発生するNOx量を低減させることができる。 According to the present invention, the amount of NOx generated when the local fuel-air ratio of the burner rises across the stoichiometric ratio can be reduced.
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1)第1の実施の形態
図1は本発明の第1の実施の形態に係る燃焼器の要部の側断面図をガスタービンプラント全体の模式図と併せて表した概略構成図である。
(1) 1st Embodiment FIG. 1: is the schematic block diagram which represented the side sectional drawing of the principal part of the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention with the schematic diagram of the whole gas turbine plant. .
図1に示したガスタービンプラントは、主として、空気101を圧縮して高圧の圧縮空気102を生成する圧縮機1と、この圧縮機1から導入される圧縮空気102と燃料201−203とを混合し燃焼して燃焼ガス105を生成する燃焼器2と、この燃焼器2から導入された燃焼ガス105で駆動するタービン3とを備えている。なお、圧縮機1はタービン3及び発電機4と同軸上に連結されており、タービン3の回転動力によって圧縮機1が駆動され、圧縮機1に連結された発電機4が駆動して発電するようになっている。
The gas turbine plant shown in FIG. 1 mainly mixes a
上記燃焼器2は、燃料201−203及び燃焼用空気104の混合気を燃焼させる燃焼室8を形成する円筒状の燃焼器ライナ10と、燃焼器ライナ10の内周部で燃焼ガス105の流れ方向における上流側(以下、単に「上流側」とし、その反対側を「下流側」とする)の端部に配置されたバーナ9と、燃焼器ライナ10の外周部を包囲する円筒状の燃焼器外筒7とを備えている。バーナ9は、燃料201−203を噴射する複数の燃料ノズル31と、燃焼器ライナ10の上流側端部に配置された円盤状の空気孔プレート33と、燃焼器外筒7の上流側端部に配置され円盤状の燃焼器カバー8とを備えている。空気孔プレート33には、各燃料ノズル31の下流側に対向するとともに圧縮機1からの燃焼用空気104が通過する複数の空気孔32が設けられている。
The
圧縮機1で圧縮された圧縮空気102は燃焼器2に流入し、燃焼器外筒7と燃焼器ライナ10の間の環状流路を流れる。その圧縮空気102の一部は、燃焼器ライナ10の冷却空気103として燃焼器ライナ10の外周部に設けた空気孔(不図示)を介して燃焼室8に流入する。また、残りの空気102は燃焼用空気104として空気孔プレート33に設けた空気孔32を通って燃焼室8に流入する。
The
本実施の形態において、燃料201−203の供給系統には、それぞれ遮断弁211−213及び流量制御弁221−223が設けてあり、制御装置300によって遮断弁211−213及び流量制御弁221−223を制御することによって、燃料201−203の流量を個別に制御することができる。なお、後の図2に示したように、本実施の形態における燃料201−203の供給系統は燃料タンク(不図示)に接続したポンプ(不図示)の吐出系統200から分岐した系統であり、吐出系統200には遮断弁210が設けてある(後の図2参照)。遮断弁210も制御装置300からの指令によって動作する。
In the present embodiment, the supply system of the fuel 201-203 is provided with a shut-off valve 211-213 and a flow control valve 221-223, respectively, and the
各燃料ノズル31は、燃焼器カバー8から下流側に突出して設けられており、燃料ヘッダー231−233に接続されている。燃料ヘッダー231−233は各燃料ノズル31に燃料201−203を分配するものであり、それぞれ燃焼器カバー8の板厚内に設けられている。本実施の形態において、燃料ヘッダー231は燃焼器軸中心に設けられた円盤状の空間である。燃料ヘッダー232は燃料ヘッダー231よりも外周側に位置する環状の空間である。燃料ヘッダー233は燃料ヘッダー232よりもさらに外周側に位置する環状の空間である。
Each
このように、複数の燃料ノズル31は、燃料ヘッダー231に接続する第1群、燃料ヘッダー232に接続する第2群、及び燃料ヘッダー233に接続する第3群の3系統の燃料系統に分けられており、遮断弁211−213の開閉及び流量制御弁221−223の開度を制御することによって系統単位で燃料制御することができる。
As described above, the plurality of
図2は本実施の形態の燃焼器に用いるバーナ9の要部を拡大して表す側断面図、図3は図2中のIII部の拡大図である。 FIG. 2 is an enlarged side sectional view showing a main part of the burner 9 used in the combustor of the present embodiment, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion III in FIG.
燃焼器カバー8の各燃料ノズルヘッダ231−233にはそれぞれ複数の燃料ノズル31が取り付けられており、空気孔プレート33には燃料ノズル31の一本一本に対応した複数の空気孔32が設けられている。空気孔プレート33は、サポート34を介して燃焼器カバー8に支持されている。
A plurality of
図3に示したように、空気プレート33に設けた空気孔32とこれに対応する燃料ノズル31とはほぼ同軸となる(軸心線がほぼ一致する)ように設けられており、中央の燃料噴流35の周囲を空気36が覆った燃料と空気との同軸噴流を形成することができる。この同軸噴流構造によれば、空気孔32内では燃料と空気が未混合であるため燃料の自発火が抑えられ、空気孔プレート33を溶損するようなことがなく信頼性の高い燃焼器を形成することができる。また、このような小さな同軸噴流を多数形成することにより、燃料と空気の界面が増加し混合が促進されるため、NOxの発生量を抑制することができる。このようにして、低NOx化と安定燃焼を両立することができる。
As shown in FIG. 3, the air holes 32 provided in the
図4は空気孔プレート33を燃焼室8側から見た図、図5は図4中のV−V線による断面図である。
4 is a view of the
本実施の形態において、各空気孔32及びこれらに対応する各燃料ノズル31(図2等参照)は同心円状に複数列(本実施の形態では8列)配置されている。また、内側から順に第1列、第2列・・・第8列とし、本実施の形態では第1列−第4列を第1バーナ91、第5列を第2バーナ92、第6−第8列を第3バーナ93と区分している。本実施の形態においては、バーナ91,92が、ガスタービンの起動時及び低負荷時に燃焼器2の燃焼安定性を保つためのパイロットバーナを構成しており、パイロットバーナが複数のバーナ(本実施の形態では2つ)のバーナを備えている。バーナ93は、ガスタービンの低負荷時から高負荷時にかけて燃焼器2の低NOx性能を達成するためのメインバーナを構成する。
In the present embodiment, the air holes 32 and the corresponding fuel nozzles 31 (see FIG. 2 and the like) are arranged in a plurality of rows (eight rows in this embodiment) concentrically. Further, the first column, the second column,..., The eighth column in this order from the inside. In this embodiment, the first column to the fourth column are the
バーナ91−93の燃料ノズル31は、それぞれヘッダー231−233(図2参照)に接続している。このような燃料ノズル31の区分構造により、上記遮断弁211−213及び流量制御弁221−223を制御装置300で制御することによって、バーナ91−93の燃料201−203の流量をバーナ単位で個別に制御することができる。さらに第1バーナ91の空気孔32は、図4及び図5に示したように周方向に傾斜している。具体的には、第1列の空気孔32は、燃焼器ライナ10の燃焼ガス105の流れ方向(図4の紙面直交方向の奥から手前側)に向かって第1列のピッチ円の接線方向の一方側(図4では反時計回り)に設定角度αだけ傾斜している。第2−第4列においても同様である。これにより第1バーナ91から噴出する空気流全体に旋回成分を付与し、これにより生じる循環流によって火炎を安定化させている。外周側のバーナ92,93の火炎は、この第1バーナ91による燃焼熱によって安定化される。
The fuel nozzles 31 of the burners 91-93 are connected to headers 231-233 (see FIG. 2). By controlling the shut-off valves 211-213 and the flow rate control valves 221-223 by the
ここで、制御装置300は、化学量論比を含む設定の高NOx局所燃空比範囲(回避すべき局所燃空比範囲)として記憶する記憶部301(図2参照)と、燃料201−203の燃料系統の遮断弁210,211−213及び流量制御弁221−223に指令を出力する演算部302とを備えている。記憶部301にはまた、パイロットバーナ(バーナ91,92)に対する供給燃料の制御プログラムが格納されている。演算部301は、このプログラムを読み込み、ガスタービンの起動時から低負荷時にかけて、化学量論比を跨いでパイロットバーナの燃空比を上昇させる際に、バーナ91,92の各局所燃空比を、高NOx局所燃空比範囲よりも低い局所燃空比領域(以下、燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域)及び高NOx局所燃空比範囲よりも高い局所燃空比領域(以下、燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域)に振り分ける化学量論比回避手順を実行する。
Here, the
次に本実施の形態の燃焼器の動作を説明する。 Next, the operation of the combustor according to the present embodiment will be described.
図6は化学量論比回避手順の実行に伴うパイロットバーナの燃料流量の推移を例示したグラフ、図7は化学量論比回避手順の実行に伴うパイロットバーナの燃空比の推移を例示したグラフである。 FIG. 6 is a graph illustrating the transition of the fuel flow rate of the pilot burner accompanying the execution of the stoichiometric ratio avoidance procedure, and FIG. 7 is a graph illustrating the transition of the fuel-air ratio of the pilot burner accompanying the execution of the stoichiometric ratio avoidance procedure. It is.
図6及び図7のグラフの横軸はパイロットバーナの燃空比であり、パイロットバーナに供給される燃料、すなわちバーナ91,92の燃料ノズル31に供給される燃料201,202の流量(質量流量、単位kg/s)の和をパイロットバーナに供給される燃焼空気104の流量(質量流量、単位kg/s)の和で除したものである。以下、第1バーナ91の空気孔32に供給される燃焼空気104の流量をA1、第2バーナ92の空気孔32に供給される燃焼空気104の流量をA2とする。
6 and 7 is the fuel-air ratio of the pilot burner, and the flow rate (mass flow rate) of the fuel supplied to the pilot burner, that is, the
図6のグラフの縦軸はバーナ91,92の燃料ノズル31に供給される燃料流量の和とその割合を示している。本実施の形態では数値を単純化するためパイロットバーナの燃焼空気量(A1+A2)を1kg/sとしたので、横軸のパイロット燃空比に対する縦軸の燃料流量は図6の太線(直線)に示したように推移する。バーナ91,92に供給される燃料流量F1,F2の内訳は図6の細線(折線)で示したように推移する。一方、図7のグラフ縦軸は、図6のように燃料流量が推移する場合のバーナ91,92のそれぞれの局所燃空比である。
The vertical axis of the graph in FIG. 6 indicates the sum of fuel flow rates supplied to the
本実施の形態では、パイロットバーナの燃焼空気(A1+A2)を100%としたとき、A1=40%、A2=60%としている。また、燃料としてメタンを主成分とする天然ガスを想定し、化学量論比となる燃空比を0.058、NOx排出量が増加するために高NOx局所燃空比範囲(ハッチング領域)を0.04−0.07としている。この高NOx局所燃空比範囲は、本実施の形態では例示的に0.04−0.07としてあるが、化学量論比を含めた設定範囲であり、化学量論比の上下にどの程度の幅をとるかは運転条件等による。 In this embodiment, when the combustion air (A1 + A2) of the pilot burner is 100%, A1 = 40% and A2 = 60%. Also, assuming natural gas mainly composed of methane as fuel, the fuel / air ratio, which is the stoichiometric ratio, is 0.058, and the high NOx local fuel / air ratio range (hatching region) is increased in order to increase NOx emissions. 0.04-0.07. This high NOx local fuel-air ratio range is exemplified as 0.04-0.07 in the present embodiment, but is a set range including the stoichiometric ratio, and how much is above and below the stoichiometric ratio. The range depends on the operating conditions.
図8は制御装置300による化学量論比回避手順を含むパイロットバーナの制御手順を表すフローチャートである。以下にこの図8を図6及び図7と併せて参照しつつ化学量論比回避手順を説明する。
FIG. 8 is a flowchart showing a pilot burner control procedure including a stoichiometric ratio avoidance procedure by the
(1)ステップ101,102
ステップ101,102では、高NOx局所燃空比範囲よりも低い燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域でバーナ91,92の局所燃空比を増大させる。
(1)
In
具体的には、制御装置300の演算部302は、ガスタービン起動に伴って図8の制御を開始し、第1バーナ91の燃料流量指令値S1及び第2バーナ92の燃料流量指令値S2をともに増大させる(ステップ101)。このステップ101の手順は、パイロットバーナの燃空比が局所燃空比範囲の下限値0.04に満たない設定の第1目標値a(本実施の形態では0.034(バーナ91,92ともに0.034)とする)に到達するまでの範囲で実行される。この間のバーナ91,92の燃料配分は、燃焼空気流量A1,A2の配分に合わせた値(ここでは4:6)とし(図6参照)、第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)と第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)が等しくなる(図7参照)。この段階では、図7に示したように高NOx局所燃空比範囲よりも局所燃空比が小さいため低NOxが達成できる。
Specifically, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれ目標値S11,S21に到達したかどうかを判定しており(ステップ102)、目標値S11,S21に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第1目標値aに達していないと判断し、ステップ101の手順を継続する。
During this time, the
(2)ステップ103−108
続くステップ103−108では、バーナ92の局所燃空比を燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域に残したまま、バーナ91の局所燃空比を高NOx局所燃空比範囲よりも高い燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで増大させる。具体的には次の通りである。
(2) Step 103-108
In subsequent steps 103-108, the fuel with the local fuel-air ratio of the
(2−1)ステップ103,104
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS11,S21に到達したら、演算部302は、先のステップ102でバーナ91,92の燃空比が第1目標値aに到達したと判定し、ステップ103に手順を移して、燃料流量指令値S2を減少させるとともに燃料流量指令値S1の増大率を上げ、第1バーナ91の燃料流量F1の割合を大きく、第2バーナ92の燃料流量F2の割合を小さくする(図6参照)。このステップ103の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第2目標値b(本実施の形態では0.036(内訳はバーナ91が0.075、バーナ92が0.01)とする)に到達するまでの範囲で実行される。パイロットバーナの燃空比を線形的に上昇させる上において、このように第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)を燃料希薄側の低NOx領域内で所定値(ここでは0.01)まで下げることにより、高NOx局所燃空比範囲を超えた燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域の値(ここでは0.075)まで第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)を一気に上昇させ(図7参照)、パイロットバーナの燃空比を増大させていく(図7の二点差線、図6参照)。
(2-1)
When the fuel flow rate command values S1 and S2 reach S11 and S21, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれ目標値S12,S22に到達したかどうかを判定しており(ステップ104)、目標値S12,S22に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第2目標値bに達していないと判断し、ステップ103の手順を継続する。
During this time, the
(2−2)ステップ105,106
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS12,S22に到達したら、演算部302は、ステップ104でバーナ91,92の燃空比が第2目標値bに到達したと判定し、ステップ105に手順を移して、燃料流量指令値S1を一定に維持しつつ燃料流量指令値S2を増大させ、第2バーナ92の燃料流量F2の割合を増やしていく(図6参照)。このステップ105の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第3目標値c(本実施の形態では0.05(内訳はバーナ91が0.075、バーナ92が0.03)とする)に到達するまでの範囲で実行される。すなわち、第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)を一定としつつ第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)のみを燃料希薄側の低NOx領域を逸脱しない範囲で(ここでは0.03まで)増加させ(図7参照)、パイロットバーナの燃空比を所定値(ここでは0.05)まで上昇させる(図7の二点差線、図6参照)。
(2-2)
When the fuel flow command values S1 and S2 reach S12 and S22, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2が、それぞれ目標値S13,S23に到達したかどうかを判定しており(ステップ106)、目標値S13,S23に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第3目標値cに達していないと判断し、ステップ105の手順を継続する。
During this time, the
(2−3)ステップ107,108
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS13,S23に到達したら、演算部302は、ステップ106でバーナ91,92の燃空比が第3目標値cに到達したと判定し、ステップ107に手順を移して、燃料流量指令値S2を一定に維持しつつ燃料流量指令値S1を増大させ、第1バーナ91の燃料流量F1の割合を増やしていく(図6参照)。このステップ107の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第4目標値d(本実施の形態では0.058(内訳はバーナ91が0.095、バーナ92が0.03)とする)に到達するまでの範囲で実行される。すなわち、第3目標値cに到達し燃料希薄側の低NOx領域で第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)の上げ代に余裕がなくなったところで、第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)を一定としつつ第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)のみを燃料過濃側の低NOx領域で(ここでは0.095まで)増加させ(図7参照)、パイロットバーナの燃空比を増大させていく(図7の二点差線、図6参照)。
(2-3)
When the fuel flow command values S1 and S2 reach S13 and S23, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれ目標値S14,S24に到達したかどうかを判定しており(ステップ108)、目標値S14,S24に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第4目標値dに達していないと判断し、ステップ107の手順を継続する。
During this time, the
(3)ステップ109−112
続くステップ109−112では、バーナ92の局所燃空比を燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで増大させるとともに、バーナ91の局所燃空比を燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域から燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域まで減少させる。具体的には次の通りである。
(3) Steps 109-112
In subsequent steps 109-112, the local fuel-air ratio of the
(3−1)ステップ109,110
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS14,S24に到達したら、演算部302は、ステップ108においてバーナ91,92の燃空比が第4目標値dに到達したと判定し、ステップ109に手順を移して、燃料流量指令値S1を減少させるとともに燃料流量指令値S2を増大させ、燃料流量F2の割合を増やしていく(図6参照)。このステップ109の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第5目標値e(本実施の形態では0.0602(内訳はバーナ91が0.035、バーナ92が0.077)とする)に到達するまでの範囲で実行される。すなわち、第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)を燃料過濃側の低NOx領域から燃料希薄側の低NOx領域の値(ここでは0.035)まで急減させることによって、第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)を燃料希薄側の低NOx領域から燃料過濃側の低NOx領域の値(ここでは0.077)まで急増させて(図7参照)、パイロットバーナの燃空比を増大させていく(図7の二点差線、図6参照)。
(3-1)
When the fuel flow command values S1 and S2 reach S14 and S24, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2が、それぞれ目標値S15,S25に到達したかどうかを判定しており(ステップ110)、目標値S15,S25に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第5目標値eに達していないと判断し、ステップ109の手順を継続する。
During this time, the
(3−2)ステップ111,112
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS15,S25に到達したら、演算部302は、バーナ91,92の燃空比が第5目標値eに到達したと判定し、ステップ111に手順を移して、燃料流量指令値S1を一定に維持するとともに燃料流量指令値S2の増大率を減じ、第2バーナ92の燃料流量F2の割合を緩やかに増やしていく(図6参照)。このステップ111の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第6目標値f(本実施の形態では0.074(バーナ91が0.035、バーナ92が0.1)とする)に到達するまでの範囲で実行される。
(3-2)
When the fuel flow command values S1 and S2 reach S15 and S25, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2が、それぞれ目標値S16,S26に到達したかどうかを判定しており(ステップ112)、目標値S16,S26に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第6目標値fに達していないと判断し、ステップ111の手順を継続する。すなわち、第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)を一定としつつ第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)のみを燃料過濃側の低NOx領域で(ここでは0.1まで)増加させ(図7参照)、パイロットバーナの燃空比を増大させていく(図7の二点差線、図6参照)。
During this time, the
(4)ステップ113
ステップ113では、バーナ91の局所燃空比を燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで増大させる。
(4)
In
具体的には、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS16,S26に到達したら、演算部302は、ステップ112において高NOx局所燃空比範囲を超えた第6目標値fにパイロットバーナ全体の燃空比が到達したと判定し、ステップ113の手順を実行して化学量論比回避手順を終了する。このステップ113においては、燃料流量指令値S1を増大させるとともに燃料流量指令値S2を減少させ、第1バーナ91の燃料流量F1の割合をバーナ91,92の局所燃空比が等しくなるまで増やしていく(図6参照)。すなわち、ステップ112でパイロットバーナ全体の燃空比が高NOx局所燃空比範囲の上限値(ここでは0.07)を超えたと判断したことで、このステップ113では、バーナ91,92の燃料流量F1,F2の配分を空気流量A1,A2の配分(4:6)に戻し、これ以降は、低負荷運転の間、F1/A1=F2/A2の条件でパイロットバーナの燃空比を所定の値まで増大させていく。局所燃空比が第6目標値fから増大する分には、高NOx局所燃空比範囲に対して局所燃空比が十分大きい(化学量論比から離れていく)ため低NOxが達成できる。
Specifically, when the fuel flow rate command values S1 and S2 reach S16 and S26, respectively, the
次に本実施の形態の作用効果を説明する。 Next, the function and effect of this embodiment will be described.
仮に化学量論比回避手順を実行しない場合、パイロットバーナの燃空比が第1目標値aを超えてもバーナ91,92の局所燃空比を等しくしたままにしておくと、現実の局所燃空比(バーナ91,92の個々の局所燃空比)がいずれも0.04を超えて高NOx局所燃空比範囲に入ってしまい、以降、パイロットバーナの燃空比が0.07を超えるまでの相応の時間、現実の局所燃空比が高NOx局所燃空比範囲内で推移することとなる。
If the stoichiometric ratio avoidance procedure is not executed, if the fuel / air ratio of the pilot burner exceeds the first target value a and the local fuel / air ratio of the
それに対し、本実施の形態では、パイロットバーナの燃空比が燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域に移行する過程で、バーナ91,92の燃料流量F1,F2の割合を巧みに調整し(図6参照)、パイロットバーナの燃空比(二点差線)が高NOx局所燃空比範囲を推移する間の大部分において、高NOx局所燃空比範囲を避けて現実の局所燃空比(バーナ91,92の個々の局所燃空比)を推移させることができる(図7参照)。
On the other hand, in the present embodiment, the
したがって、本実施の形態によれば、バーナ91,92について、それぞれ高NOx局所燃空比範囲を迅速に通過させることでNOx発生量を個別に抑えることができるため、バーナの局所燃空比が化学量論比を跨いで上昇することによって発生するNOx量を低減させることができる(図7に化学量論比回避手順の実行に伴うNOx発生量の増減の様子を併せて図示した)。
Therefore, according to the present embodiment, since the
なお、化学量論比近傍での燃焼を避けるためには、個別に燃料流量を制御できるバーナの数を増やし、燃焼するバーナを多数回にわたって増やしていくことも考えられる。しかしこの場合、燃料ヘッダーの構造が複雑化することに加えて燃料制御系統の数が増えるため、コストを増大させ運転も煩雑化させてしまう。それに対し、本実施の形態では、バーナ91,92の燃料流量F1,F2の割合を制御することによって巧みに高NOx局所燃空比範囲を避けることができるので、必要以上に燃料系統を増設する必要がなく、構造の複雑化や燃料制御系統の増加を抑えることができる。
In order to avoid combustion in the vicinity of the stoichiometric ratio, it is conceivable to increase the number of burners capable of individually controlling the fuel flow rate and increase the number of burners burned many times. In this case, however, the structure of the fuel header is complicated, and the number of fuel control systems is increased, which increases the cost and complicates the operation. On the other hand, in the present embodiment, the high NOx local fuel-air ratio range can be skillfully avoided by controlling the ratio of the fuel flow rates F1, F2 of the
また、本実施の形態においては、空気流量A1,A2に40%,60%と差をつけたため、バーナ91,92の局所燃空比を等しくする上で燃料流量F1,F2に差をつけることができる。そのため、局所燃空比が第5目標値eから第6目標値fに到達するまでの間、より多くの燃料を噴射できるバーナ92を燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域で用いることができる。その結果、局所燃空比が第5目標値eから第6目標値fに到達するまでの間、燃料過濃側で燃料流量F2を上げられる分、燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域において、バーナ91の局所燃空比を高NOx局所燃空比範囲まで余裕のある値(本実施の形態では0.035)に抑えることができ、より低NOx化に有利となる。
In the present embodiment, the air flow rates A1 and A2 are differentiated by 40% and 60%. Therefore, the fuel flow rates F1 and F2 are differentiated in order to make the local fuel-air ratios of the
(2)第2の実施の形態
本実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、第1の実施の形態が、バーナ91,92の局所燃空比をそれぞれ燃料過濃側及び燃料希薄側に振り分けた後、燃料希薄側及び燃料過濃側に入れ替えたのに対し、本実施の形態は入れ替えを伴わずに化学量論比回避手順を実行する点である。以下に詳細を説明する。
(2) Second Embodiment The present embodiment is different from the first embodiment in that the first embodiment sets the local fuel-air ratio of the
図9は本発明の第2の実施の形態に係る燃焼器における化学量論比回避手順の実行に伴うパイロットバーナの燃料流量の推移を例示したグラフ、図10は化学量論比回避手順の実行に伴うパイロットバーナの燃空比の推移を例示したグラフである。図9及び図10は第1の実施の形態の図6及び図7に対応する図である。 FIG. 9 is a graph illustrating the transition of the fuel flow rate of the pilot burner accompanying the execution of the stoichiometric ratio avoidance procedure in the combustor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is the execution of the stoichiometric ratio avoidance procedure. It is the graph which illustrated transition of the fuel air ratio of a pilot burner accompanying with. 9 and 10 correspond to FIGS. 6 and 7 of the first embodiment.
本実施の形態では、バーナ91,92の空気孔32に供給される燃焼空気104の流量A1,A2について、パイロットバーナの燃焼空気(A1+A2)を100%としたとき、A1=A2=50%となるように設計してある。燃焼器構成は第1の実施の形態と同様である。
In the present embodiment, with respect to the flow rates A1 and A2 of the
図11は制御装置300による化学量論比回避手順を含むパイロットバーナの制御手順を表すフローチャートである。以下にこの図11を図9及び図10と併せて参照しつつ化学量論比回避手順を説明する。
FIG. 11 is a flowchart showing a pilot burner control procedure including a stoichiometric ratio avoidance procedure by the
(1)ステップ201,202
ステップ201,202は、第1の実施の形態の化学量論比回避手順におけるステップ101,102に対応している。
(1)
具体的には、制御装置300の演算部302は、ガスタービン起動に伴って図11の制御を開始し、バーナ91,92の燃料流量指令値S1,S2をともに増大させる(ステップ201)。このステップ201の手順は、パイロットバーナの燃空比が局所燃空比範囲の下限値0.04に満たない設定の第1目標値a(本実施の形態では0.038(バーナ91,92ともに0.038)とする)に到達するまでの範囲で実行される。この間のバーナ91,92の燃料配分は、燃焼空気流量A1,A2の配分に合わせた値(5:5)とし(図9参照)、第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)と第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)を等しくする(図10参照)。この段階では、図10に示したように高NOx局所燃空比範囲よりも局所燃空比が小さいため低NOxが達成できる。
Specifically, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれ目標値S11,S21に到達したかどうかを判定しており(ステップ202)、目標値S11,S21に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第1目標値aに達していないと判断し、ステップ201の手順を継続する。
During this time, the
(2)ステップ203−208
続くステップ203−208は、第1の実施の形態の化学量論比回避手順におけるステップ103−108に対応している。具体的には次の通りである。
(2) Step 203-208
The subsequent steps 203-208 correspond to steps 103-108 in the stoichiometric ratio avoidance procedure of the first embodiment. Specifically, it is as follows.
(2−1)ステップ203,204
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS11,S21に到達したら、演算部302は、先のステップ202でバーナ91,92の燃空比が第1目標値aに到達したと判定し、ステップ203に手順を移して、燃料流量指令値S2を減少させるとともに燃料流量指令値S1の増大率を上げる(図9参照)。このステップ203の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第2目標値b(本実施の形態では0.04(内訳はバーナ91が0.07、バーナ92が0.01)とする)に到達するまでの範囲で実行される。パイロットバーナの燃空比を線形的に上昇させる上において、このように第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)を燃料希薄側の低NOx領域内で所定値まで下げることにより、燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域の値まで第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)を一気に上昇させ(図10参照)、パイロットバーナの燃空比を増大させていく(図10の二点差線、図9参照)。
(2-1)
When the fuel flow rate command values S1 and S2 reach S11 and S21, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれ目標値S12,S22に到達したかどうかを判定しており(ステップ204)、目標値S12,S22に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第2目標値bに達していないと判断し、ステップ203の手順を継続する。
During this time, the
(2−2)ステップ205,206
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS12,S22に到達したら、演算部302は、ステップ204でバーナ91,92の燃空比が第2目標値bに到達したと判定し、ステップ205に手順を移して、燃料流量指令値S1を一定に維持しつつ燃料流量指令値S2を増大させ、第2バーナ92の燃料流量F2の割合を増やしていく(図9参照)。このステップ205の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第3目標値c(本実施の形態では0.054(内訳はバーナ91が0.07、バーナ92が0.038)とする)に到達するまでの範囲で実行される。すなわち、第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)を一定としつつ第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)のみを燃料希薄側の低NOx領域を逸脱しない範囲で増加させ(図10参照)、パイロットバーナの燃空比を所定値まで上昇させる(図10の二点差線、図9参照)。
(2-2)
When the fuel flow command values S1 and S2 reach S12 and S22, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2が、それぞれ目標値S13,S23に到達したかどうかを判定しており(ステップ206)、目標値S13,S23に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第3目標値cに達していないと判断し、ステップ205の手順を継続する。
During this time, the
(2−3)ステップ207,208
燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS13,S23に到達したら、演算部302は、ステップ206でバーナ91,92の燃空比が第3目標値cに到達したと判定し、ステップ207に手順を移して、燃料流量指令値S2を一定に維持しつつ燃料流量指令値S1を増大させ、第1バーナ91の燃料流量F1の割合を増やしていく(図9参照)。このステップ207の手順は、バーナ91,92の燃空比が設定の第4目標値d(本実施の形態では0.068(内訳はバーナ91が0.098、バーナ92が0.038)とする)に到達するまでの範囲で実行される。すなわち、第3目標値cに到達し燃料希薄側の低NOx領域で第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)の上げ代に余裕がなくなったところで、第2バーナ92の局所燃空比(F2/A2)を一定としつつ第1バーナ91の局所燃空比(F1/A1)のみを燃料過濃側の低NOx領域で増加させ(図10参照)、パイロットバーナの燃空比を増大させていく(図10の二点差線、図9参照)。
(2-3)
When the fuel flow rate command values S1 and S2 reach S13 and S23, respectively, the
この間、演算部302は、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれ目標値S14,S24に到達したかどうかを判定しており(ステップ208)、目標値S14,S24に到達していなければ、バーナ91,92の燃空比がまだ第4目標値dに達していないと判断し、ステップ207の手順を継続する。
During this time, the
(4)ステップ209
ステップ209では、バーナ92の局所燃空比を燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで増大させる。
(4)
In
具体的には、燃料流量指令値S1,S2がそれぞれS14,S24に到達したら、演算部302は、ステップ208において高NOx局所燃空比範囲を超えた第4目標値dにパイロットバーナ全体の燃空比が到達したと判定し、ステップ209の手順を実行して化学量論比回避手順を終了する。このステップ209においては、燃料流量指令値S1を減少させるとともに燃料流量指令値S2を増大させ、第2バーナ92の燃料流量F2の割合をバーナ91,92の局所燃空比が等しくなるまで増やしていく(図9参照)。すなわち、ステップ208でパイロットバーナ全体の燃空比が高NOx局所燃空比範囲の上限値(ここでは0.07)を超えたと判断したことで、このステップ209では、バーナ91,92の燃料流量F1,F2の配分を空気流量A1,A2の配分(5:5)に戻し、これ以降は、低負荷運転の間、F1/A1=F2/A2の条件でパイロットバーナの燃空比を所定の値まで増大させていく。局所燃空比が第4目標値dから増大する分には、高NOx局所燃空比範囲に対して局所燃空比が十分大きい(化学量論比から離れていく)ため低NOxが達成できる。
Specifically, when the fuel flow rate command values S1 and S2 reach S14 and S24, respectively, the
本実施の形態においても、バーナ91,92について、それぞれ高NOx局所燃空比範囲を迅速に通過させることでNOx発生量を個別に抑えることができるため、バーナの局所燃空比が化学量論比を跨いで上昇することによって発生するNOx量を低減させることができる。また、必要以上に燃料系統を増設する必要がなく、構造の複雑化や燃料制御系統の増加を抑えることもできる。
Also in the present embodiment, since the NOx generation amount can be individually suppressed by passing the high NOx local fuel-air ratio range quickly for each of the
また、本実施の形態においては、第1の実施の形態に比べて制御手順が簡略である点でメリットがある。 Further, this embodiment has an advantage in that the control procedure is simpler than that of the first embodiment.
(3)第3の実施の形態
第1及び第2の実施の形態では、燃料と空気の同軸噴流を多数形成することで燃料と空気の混合を促進して低NOx化を図るバーナを適用例として示したが、本実施の形態では、第1の実施の形態とはタイプの異なるバーナを適用例として例示する。
(3) Third Embodiment In the first and second embodiments, a burner that promotes the mixing of fuel and air by forming a large number of coaxial jets of fuel and air to reduce NOx is applied. In this embodiment, a burner having a different type from that of the first embodiment is exemplified as an application example.
図12は本発明の第3の実施の形態に係る燃焼器に備えられたパイロットバーナの概略構成図である。既述の実施の形態と同様の部分には既出図面と同符号を付して説明を省略する。 FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a pilot burner provided in a combustor according to a third embodiment of the present invention. Parts similar to those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the above-described drawings, and description thereof is omitted.
図12に示したパイロットバーナは、内部に内周流路及び外周流路を有する二重円筒状のメインノズル401を備えている。メインノズル401の外周部には半径方向に延びる複数のサブノズル431が備えられている。メインノズル401の内周流路は当該メインノズル401の下流端の燃料噴射孔に接続しており、燃料201は、燃焼器軸近傍においてメインノズル401の燃料噴射孔から燃料噴流35aとして燃焼室に向けて噴射される。一方、メインノズル401の外周流路はサブノズル431に接続しており、燃料202は、メインノズル401の外周側において、サブノズル431の噴射孔から燃料噴流35bとして燃焼室に向けて噴射される。本実施の形態では、メインノズル401及びサブノズル431がそれぞれ第1バーナ491及び第2バーナ492(第1の実施の形態のバーナ91,92に相当)として機能する。また、メインノズル401の周囲には同心円状に二列の旋回羽根37,38が設けてあり、旋回羽根37,38を介して燃焼室に噴出す燃焼空気104a,104bによって、それぞれ燃料噴流35a,35bに旋回成分が付与されて火炎が安定化される。
The pilot burner shown in FIG. 12 includes a double cylindrical
このようなパイロットバーナにも本発明は適用可能であり、パイロットバーナの燃空比が化学量論比近傍を跨いで上昇する際に、第1及び第2の実施の形態と同様にバーナ491,492の局所燃空比を燃料希薄側と燃料過濃側に分けて設定することで、バーナ491,492のいずれにおいてもNOx発生量を抑えることができ、パイロットバーナの低NOx化を図ることができる。
The present invention is also applicable to such a pilot burner, and when the fuel-air ratio of the pilot burner rises across the vicinity of the stoichiometric ratio, the
(4)第4の実施の形態
以上においては、パイロットバーナを2系統に分けた場合を例示して説明したが、パイロットバーナを3系統以上に分けた場合にも本発明は適用可能である。
(4) Fourth Embodiment In the above description, the case where the pilot burner is divided into two systems has been described as an example. However, the present invention can also be applied when the pilot burner is divided into three or more systems.
また、予め各燃料系統に対して定められた指令値(S11,S21等)に従って燃料流量F1,F2を制御する場合を例示して説明したが、ガスタービンの動作に応じて変化する何らかの状態量を検出し、検出値に応じて燃料系統を制御する構成とすることもできる。 Further, the case where the fuel flow rates F1, F2 are controlled according to the command values (S11, S21, etc.) previously determined for each fuel system has been described by way of example, but some state quantity that changes according to the operation of the gas turbine The fuel system may be controlled according to the detected value.
例えば、通常、発電量=燃料流量×発熱量×効率で求められ、発電量が燃空比に応じて変化することから、図13に示したように発電量(負荷)を検出する検出器501を設け、図6及び図7、又は図9及び図10のような燃料流量や燃空比の挙動となるように検出器501の検出値を基に燃料系統を制御することも考えられる。
For example, normally, power generation amount = fuel flow rate × heat generation amount × efficiency, and since the power generation amount changes according to the fuel-air ratio, the
また、実際にNOx排出量に影響するのは図7や図10のグラフの縦軸に表された各燃空比なので、空気流量を検出する検出器502(図13に併せて図示)を設けて、検出器502の検出値を基に燃料系統を制御することも考えられる。但し、空気流量計は高価であって流路に設置することで圧損を招くことから、タービン回転数を圧縮機1の入口弁開度から空気流量を計算し、これを空気流量の検出値とすることもできる。さらには、タービン3の排気通路にNOx濃度を検出する検出器503(図13に併せて図示)を設け、直接排ガス中のNOx濃度から燃料流量F1,F2の割合の切り替えのタイミングを決めることも考えられ得る。
Further, since it is each fuel-air ratio represented on the vertical axis of the graphs of FIGS. 7 and 10 that actually affects the NOx emission amount, a detector 502 (shown together with FIG. 13) for detecting the air flow rate is provided. Thus, it is conceivable to control the fuel system based on the detection value of the
1 圧縮機
2 燃焼器
3 タービン
31 燃料ノズル
32 空気孔
91 第1バーナ(バーナ、パイロットバーナ)
92 第2バーナ(バーナ、パイロットバーナ)
93 第3バーナ(メインバーナ)
102 圧縮空気
105 燃焼ガス
201,202 燃料
300 制御装置
301 記憶部
302 演算部
DESCRIPTION OF
92 2nd burner (burner, pilot burner)
93 3rd burner (main burner)
102
Claims (10)
複数のバーナを有するパイロットバーナと、
前記複数のバーナの燃料流量を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
化学量論比を含む設定の高NOx局所燃空比範囲を記憶する記憶部と、
前記複数のバーナの燃料系統に指令を出力する演算部とを備え、
前記演算部は、前記化学量論比を跨いで前記パイロットバーナの燃空比を上昇させる際に、前記複数のバーナの各局所燃空比を、前記高NOx局所燃空比範囲よりも低い局所燃空比領域である燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域、及び前記高NOx局所燃空比範囲よりも高い局所燃空比領域である燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域に振り分ける化学量論比回避手順を実行する
ことを特徴とする燃焼器。 With the main burner,
A pilot burner having a plurality of burners;
A control device for controlling the fuel flow rate of the plurality of burners,
The control device includes:
A storage unit for storing a set high NOx local fuel-air ratio range including a stoichiometric ratio;
A calculation unit that outputs a command to the fuel system of the plurality of burners,
The arithmetic unit, when increasing the fuel-air ratio of the pilot burner across the stoichiometric ratio, each local fuel-air ratio of the plurality of burners, local lower than the high NOx local fuel-air ratio range A low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side that is a fuel-air ratio region, and a low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel-rich side that is a local fuel-air ratio region that is higher than the high NOx local fuel-air ratio range A combustor that performs a stoichiometric avoidance procedure.
前記化学量論比回避手順は、
前記高NOx局所燃空比範囲よりも低い燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域で前記複数のバーナの局所燃空比を増大させる手順、
一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域に残したまま他のバーナの局所燃空比を前記高NOx局所燃空比範囲よりも高い燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順、
前記一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させるとともに、前記他のバーナの局所燃空比を前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域まで下降させる手順、及び
前記他のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順
を含むことを特徴とする燃焼器。 The combustor of claim 1.
The stoichiometric ratio avoidance procedure is:
Increasing the local fuel-air ratio of the plurality of burners in the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side lower than the high NOx local fuel-air ratio range;
While the local fuel-air ratio of one burner is left in the low NOx local fuel-air ratio region on the lean side of the fuel, the local fuel-air ratio of the other burner is higher on the fuel rich side than the high NOx local fuel-air ratio range. Procedure to raise to low NOx local fuel-air ratio region,
The local fuel-air ratio of the one burner is increased from the low NOx local fuel-air ratio region on the lean fuel side to the low NOx local fuel-air ratio region on the fuel rich side, and the local fuel-air ratio of the other burner From the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel rich side to the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side, and the local fuel-air ratio of the other burner on the low-NOx side on the fuel lean side A combustor comprising a procedure of raising from a local fuel / air ratio region to a low NOx local fuel / air ratio region on the fuel-rich side.
前記一のバーナに供給される空気流量が前記他のバーナに供給される空気流量よりも大きく、前記化学量論比回避手順の実行の前後においては、前記第1のバーナ及び前記他のバーナに供給される燃料流量の配分が、前記第1のバーナ及び前記他のバーナに供給される空気流量の配分に等しく設定されている
ことを特徴とする燃焼器。 The combustor of claim 2.
The air flow rate supplied to the one burner is larger than the air flow rate supplied to the other burner, and before and after the execution of the stoichiometric ratio avoidance procedure, the first burner and the other burner The distribution of the supplied fuel flow rate is set equal to the distribution of the air flow rate supplied to the first burner and the other burner.
前記化学量論比回避手順は、
前記高NOx局所燃空比範囲よりも低い燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域で前記複数のバーナの局所燃空比を増大させる手順、
一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域に残したまま他のバーナの局所燃空比を前記高NOx局所燃空比範囲よりも高い燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順、及び
前記一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順
を含むことを特徴とする燃焼器。 The combustor of claim 1.
The stoichiometric ratio avoidance procedure is:
Increasing the local fuel-air ratio of the plurality of burners in the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side lower than the high NOx local fuel-air ratio range;
While the local fuel-air ratio of one burner is left in the low NOx local fuel-air ratio region on the lean side of the fuel, the local fuel-air ratio of the other burner is higher on the fuel rich side than the high NOx local fuel-air ratio range. A procedure for raising the local fuel / air ratio of the one burner from the low NOx local fuel / air ratio region on the lean fuel side to the low NOx local fuel / air ratio region on the rich fuel side A combustor comprising a lifting procedure.
前記一のバーナに供給される空気流量が前記他のバーナに供給される空気流量に等しく、前記化学量論比回避手順の実行の前後においては、前記第1のバーナ及び前記他のバーナに供給される燃料流量の配分が、前記第1のバーナ及び前記他のバーナに供給される空気流量の配分に等しく設定されている
ことを特徴とする燃焼器。 The combustor of claim 4.
The air flow rate supplied to the one burner is equal to the air flow rate supplied to the other burner, and supplied to the first burner and the other burner before and after the execution of the stoichiometric ratio avoidance procedure. The combustor is characterized in that the distribution of the fuel flow rate is set equal to the distribution of the air flow rate supplied to the first burner and the other burners.
前記複数のバーナは、燃焼室の上流側端部に位置する空気孔、及びこの空気孔と同軸上に配置された燃料ノズルをそれぞれ備え、燃焼器軸を中心に同心円状に複数列配置されている
ことを特徴とする燃焼器。 The combustor according to claim 1,
The plurality of burners each include an air hole located at an upstream end of the combustion chamber and a fuel nozzle arranged coaxially with the air hole, and are arranged in a plurality of concentric rows around the combustor axis. A combustor characterized by comprising:
この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合し燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、
この燃焼器で生成された燃焼ガスで駆動するタービンとを備え、
前記燃焼器が、
メインバーナと、
複数のバーナを有するパイロットバーナと、
前記複数のバーナの燃料流量を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
化学量論比を含む設定の高NOx局所燃空比範囲を記憶する記憶部と、
前記複数のバーナの燃料系統に指令を出力する演算部とを備え、
前記演算部は、前記化学量論比を跨いで前記パイロットバーナの燃空比を上昇させる際に、前記複数のバーナの各局所燃空比を、前記高NOx局所燃空比範囲よりも低い局所燃空比領域である燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域、及び前記高NOx局所燃空比範囲よりも高い局所燃空比領域である燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域に振り分ける化学量論比回避手順を実行する
ことを特徴とするガスタービン。 A compressor for compressing air;
A combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor to generate combustion gas;
A turbine driven by the combustion gas generated by the combustor,
The combustor,
With the main burner,
A pilot burner having a plurality of burners;
A control device for controlling the fuel flow rate of the plurality of burners,
The control device includes:
A storage unit for storing a set high NOx local fuel-air ratio range including a stoichiometric ratio;
A calculation unit that outputs a command to the fuel system of the plurality of burners,
The arithmetic unit, when increasing the fuel-air ratio of the pilot burner across the stoichiometric ratio, each local fuel-air ratio of the plurality of burners, local lower than the high NOx local fuel-air ratio range A low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side that is a fuel-air ratio region, and a low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel-rich side that is a local fuel-air ratio region that is higher than the high NOx local fuel-air ratio range A gas turbine characterized by executing a distribution stoichiometric ratio avoidance procedure.
化学量論比を含む高NOx局所燃空比範囲を設定し、
前記化学量論比を跨いで前記パイロットバーナの燃空比を上昇させる際に、前記複数のバーナの各局所燃空比を、前記高NOx局所燃空比範囲よりも低い局所燃空比領域である燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域、及び前記高NOx局所燃空比範囲よりも高い局所燃空比領域である燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域に振り分ける化学量論比回避手順を実行する
ことを特徴とする燃焼器の燃料制御方法。 A fuel control method for a combustor including a main burner and a pilot burner having a plurality of burners,
Set high NOx local fuel-air ratio range including stoichiometric ratio,
When increasing the fuel / air ratio of the pilot burner across the stoichiometric ratio, each local fuel / air ratio of the plurality of burners is reduced in a local fuel / air ratio region lower than the high NOx local fuel / air ratio range. A stoichiometric ratio that is allocated to a low NOx local fuel-air ratio region on a fuel lean side and a low NOx local fuel-air ratio region on a fuel rich side that is a local fuel-air ratio region that is higher than the high NOx local fuel-air ratio range A fuel control method for a combustor, wherein an avoidance procedure is executed.
前記化学量論比回避手順は、
前記高NOx局所燃空比範囲よりも低い燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域で前記複数のバーナの局所燃空比を増大させる手順、
一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域に残したまま他のバーナの局所燃空比を前記高NOx局所燃空比範囲よりも高い燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順、
前記一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させるとともに、前記他のバーナの局所燃空比を前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域まで下降させる手順、及び
前記他のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順
を含むことを特徴とする燃焼器の燃料制御方法。 The fuel control method for a combustor according to claim 8, wherein
The stoichiometric ratio avoidance procedure is:
Increasing the local fuel-air ratio of the plurality of burners in the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side lower than the high NOx local fuel-air ratio range;
While the local fuel-air ratio of one burner is left in the low NOx local fuel-air ratio region on the lean side of the fuel, the local fuel-air ratio of the other burner is higher on the fuel rich side than the high NOx local fuel-air ratio range. Procedure to raise to low NOx local fuel-air ratio region,
The local fuel-air ratio of the one burner is increased from the low NOx local fuel-air ratio region on the lean fuel side to the low NOx local fuel-air ratio region on the fuel rich side, and the local fuel-air ratio of the other burner From the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel rich side to the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side, and the local fuel-air ratio of the other burner on the low-NOx side on the fuel lean side A fuel control method for a combustor, comprising a step of increasing from a local fuel-air ratio region to a low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel rich side.
前記化学量論比回避手順は、
前記高NOx局所燃空比範囲よりも低い燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域で前記複数のバーナの局所燃空比を増大させる手順、
一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域に残したまま他のバーナの局所燃空比を前記高NOx局所燃空比範囲よりも高い燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順、及び
前記一のバーナの局所燃空比を前記燃料希薄側の低NOx局所燃空比領域から前記燃料過濃側の低NOx局所燃空比領域まで上昇させる手順
を含むことを特徴とする燃焼器の燃料制御方法。 The fuel control method for a combustor according to claim 8, wherein
The stoichiometric ratio avoidance procedure is:
Increasing the local fuel-air ratio of the plurality of burners in the low-NOx local fuel-air ratio region on the fuel lean side lower than the high NOx local fuel-air ratio range;
While the local fuel-air ratio of one burner is left in the low NOx local fuel-air ratio region on the lean side of the fuel, the local fuel-air ratio of the other burner is higher on the fuel rich side than the high NOx local fuel-air ratio range. A procedure for raising the local fuel / air ratio of the one burner from the low NOx local fuel / air ratio region on the lean fuel side to the low NOx local fuel / air ratio region on the rich fuel side A method for controlling a fuel in a combustor, comprising a step of raising the combustor.
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