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JP7344177B2 - Gas turbine combustion control method - Google Patents

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JP7344177B2
JP7344177B2 JP2020100420A JP2020100420A JP7344177B2 JP 7344177 B2 JP7344177 B2 JP 7344177B2 JP 2020100420 A JP2020100420 A JP 2020100420A JP 2020100420 A JP2020100420 A JP 2020100420A JP 7344177 B2 JP7344177 B2 JP 7344177B2
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Description

この発明は、ガスタービンの燃焼制御方法に関し、特に、定格負荷時以外における燃焼制御方法に関する。 The present invention relates to a combustion control method for a gas turbine, and particularly to a combustion control method at times other than rated load.

空気雰囲気中に燃焼ガスを噴射する拡散燃焼では、燃焼ガスと空気とが十分に混合せずに高い濃度の状態で燃焼が行われるため燃焼温度が高くなって、NOx(窒素酸化物)の排出濃度が高くなる。そこで、水蒸気あるいは水を燃焼領域に噴射して燃焼温度を下げることでNOx濃度の低減が図られる。
しかし、燃料の供給量に対して多くの水量が必要とされ、ガスタービンプラントの効率を低下させてしまう虞がある。
In diffusion combustion, in which combustion gas is injected into an air atmosphere, the combustion gas and air are not sufficiently mixed and combustion occurs in a highly concentrated state, resulting in high combustion temperatures and NOx (nitrogen oxide) emissions. Concentration increases. Therefore, the NOx concentration can be reduced by injecting steam or water into the combustion region to lower the combustion temperature.
However, a large amount of water is required relative to the amount of fuel supplied, which may reduce the efficiency of the gas turbine plant.

このため、水蒸気や水を噴射することなく低NOxを排出できるようにする希釈予混合燃焼が採用される。希釈予混合燃焼は、燃焼ガスを空気と混合させて、低い濃度に希釈された混合ガスを燃焼領域に供給して、燃焼を行わせている。この予混合気の燃焼温度は低くなるため、NOxの生成が抑制されて濃度の低いNOxを排出する。 For this reason, diluted premix combustion is employed, which allows low NOx emissions to be emitted without injecting steam or water. In dilute premix combustion, combustion gas is mixed with air and the mixed gas diluted to a low concentration is supplied to the combustion region to cause combustion. Since the combustion temperature of this premixture becomes low, the generation of NOx is suppressed and NOx with a low concentration is discharged.

一方、定格負荷時における燃焼が安定的に行われるようにするため、混合気中の燃料の濃さの指標となる燃料の当量比が最適となるように運転される。定格運転の高負荷時には安定して燃焼が促進されて、NOx排出量が低減される。
定格負荷時には燃焼が安定することに対して、部分負荷時には定格負荷時に比べて、供給される空気が過剰となり、リーンバーン(希薄燃焼)となって不完全燃焼を生じる虞がある。
On the other hand, in order to ensure stable combustion under rated load, the engine is operated so that the fuel equivalence ratio, which is an indicator of the fuel concentration in the air-fuel mixture, is optimized. During high-load rated operation, combustion is stably promoted and NOx emissions are reduced.
While combustion is stable under rated load, when under partial load the amount of air supplied becomes excessive compared to under rated load, leading to lean burn and incomplete combustion.

ところで、例えば、ガスタービンが設置された工場等の施設では、昼間にはフル操業に伴われて定格負荷運転されるが、夜間や休日には、部分負荷で運転されることが多い。また、台風や地震等の災害の発生時に計画停電がなされるとサーバーセンター等の重要施設への送電にガスタービンにより発生する電力が充当されるが、この種の重要設備には定格負荷よりも低い負荷での部分負荷運転が要求される。このような、部分負荷運転時であっても、安定な燃焼と低NOx排出は要求される。 By the way, for example, facilities such as factories in which gas turbines are installed are operated at full capacity during the day at rated load, but at night and on holidays, they are often operated at partial load. Additionally, when there is a planned power outage in the event of a disaster such as a typhoon or earthquake, the electricity generated by gas turbines is used to transmit power to important facilities such as server centers. Part-load operation at low loads is required. Even during such partial load operation, stable combustion and low NOx emissions are required.

部分負荷時には必要とされる燃料量が少なく、燃料の当量比が低くなる。このような条件で予混合燃焼を行うと燃焼が不安定となり、燃焼振動や失火が懸念されて、正常な運転を期待できない虞が生じる。なお、拡散燃焼を行うことで安定的な運転を期待できるが、NOxの排出量が増加することになるのは、前述の通りである。 At part load, less fuel is required and the fuel equivalence ratio is lower. If premixed combustion is performed under such conditions, combustion will become unstable, leading to concerns about combustion vibration and misfire, and there is a possibility that normal operation cannot be expected. Note that although stable operation can be expected by performing diffusion combustion, as described above, the amount of NOx emissions will increase.

部分負荷時におけるリーンバーンを生じないように、特許文献1には、圧縮空気取入口前に設けた空気流量調整用可変翼により空気量を調整し、適正な燃空比範囲を実現させ、有害排気物の減少を図る環境対策型ガスタービンが提案されている。 In order to prevent lean burn during partial loads, Patent Document 1 discloses that the amount of air is adjusted using a variable air flow rate adjusting vane provided in front of the compressed air intake, and an appropriate fuel/air ratio range is achieved. Environmentally friendly gas turbines that aim to reduce exhaust emissions have been proposed.

また、特許文献2には、ガスタービンエンジンに、入口空気質量流を制御するための少なくとも1つの列の調整可能な可変翼を備えた少なくとも1つの圧縮機と、少なくとも1つの燃焼器と、少なくとも1つのタービンとが設けられており、制御システムを有しており、制御システムが、圧縮機の上流で測定された少なくとも1つの測定された温度値又は圧縮機に直接に機能的に関連して測定可能な量に関して、可変翼の位置を制御するガスタービンシステムが提案されている。 Further, US Pat. No. 5,001,202 describes a gas turbine engine including at least one compressor with at least one row of adjustable variable vanes for controlling inlet air mass flow, at least one combustor, and at least one turbine is provided and has a control system, the control system being functionally related to at least one measured temperature value measured upstream of the compressor or directly to the compressor. Gas turbine systems have been proposed that control the position of variable blades with respect to measurable quantities.

特開昭61-58928号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-58928 特開2011-27106号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-27106

特許文献1に記載された環境対策型ガスタービンでは、インレットダクト内に設けられた絞り弁を、低負荷時の空気過剰時には絞って圧縮機に入る空気流量を減少させ、燃焼機内で適正な燃空比に設定される、とするものである。また、特許文献2に記載されたガスタービンシステムの制御方法は、圧縮機の上流で測定された温度値等に基づいて可変翼の位置を制御するものである。 In the environmentally friendly gas turbine described in Patent Document 1, a throttle valve installed in the inlet duct is throttled when there is excess air at low load to reduce the flow rate of air entering the compressor, thereby ensuring proper combustion within the combustor. The air ratio is set to Moreover, the control method for a gas turbine system described in Patent Document 2 controls the position of a variable blade based on a temperature value etc. measured upstream of a compressor.

この発明は、入口ガイド翼(IGV:Inlet Guide Vane)によって燃焼制御を行うことで、部分負荷時であっても安定的に予混合燃焼を可能として、NOx排出量を減少させることを目的としている。 This invention aims to reduce NOx emissions by controlling combustion using an inlet guide vane (IGV) to enable stable premix combustion even under partial load. .

上記目的を達成するために、この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法は、圧縮機と、圧縮された空気が供給される予混合燃焼による燃焼器と、燃焼ガスが供給されるタービンとを備え、圧縮機の吸気側に入口ガイド翼が配され、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方を測定し、予め計測して設定した燃料の当量比とタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方との関係に基づいて、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の測定温度に対して入口ガイド翼の開口面積を調整することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a combustion control method for a gas turbine according to the present invention includes a compressor, a combustor using premix combustion to which compressed air is supplied, and a turbine to which combustion gas is supplied. , an inlet guide vane is arranged on the intake side of the compressor, and measures either the turbine inlet gas temperature or the turbine exhaust gas temperature, or both. It is characterized in that the opening area of the inlet guide blade is adjusted with respect to the measured temperature of the turbine inlet gas temperature or the turbine exhaust gas temperature based on the relationship with either or both of the exhaust gas temperatures.

予め燃焼が安定して、NOxの排出量が良好となる燃料と空気の当量比を求め、それをタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の一方または双方との関係を求める。そして、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の一方または双方をパラメータとして、アクチュエータ等を駆動させて、入口ガイド翼の開度を変更することにより空気量を調整し、当量比が安定した燃焼を行える値となるように調整する。 The equivalence ratio of fuel and air at which combustion is stable and the amount of NOx discharged is good is determined in advance, and the relationship between this ratio and one or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature is determined. Then, using either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature as a parameter, the actuator etc. are driven to change the opening degree of the inlet guide vane to adjust the air amount and achieve combustion with a stable equivalence ratio. Adjust the value so that it is possible.

また、この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法は、圧縮機と、圧縮された空気が供給される予混合燃焼による燃焼器と、燃焼ガスが供給されるタービンとを備え、圧縮機の吸気側に入口ガイド翼が配され、燃焼器内筒の中央部にパイロット燃料用ノズルが配され、このパイロット燃料用ノズルの周囲にメイン燃料用ノズルを備えた複数本の予混合管が配され、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方を測定し、予め計測して設定した燃料の当量比とタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方との関係に基づいて、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の測定温度に対して入口ガイド翼の開口面積を調整することを特徴としている。 Further, a combustion control method for a gas turbine according to the present invention includes a compressor, a combustor using premix combustion to which compressed air is supplied, and a turbine to which combustion gas is supplied; An inlet guide vane is arranged in the combustor, a pilot fuel nozzle is arranged in the center of the combustor inner cylinder, a plurality of premixing tubes equipped with main fuel nozzles are arranged around the pilot fuel nozzle, and the turbine Either or both of the inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature are measured, and based on the relationship between the fuel equivalence ratio measured and set in advance and either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature. , the opening area of the inlet guide blade is adjusted with respect to the measured temperature of the turbine inlet gas temperature or the turbine exhaust gas temperature.

すなわち、予混合燃焼による燃焼器を備えたタービンとするものである。予混合管は、パイロット燃料用ノズルを中心として複数が設置されて、それぞれの予混合管にメイン燃料用ノズルが配されている構造を備えている。 That is, the turbine is equipped with a combustor that performs premix combustion. The premixing tube has a structure in which a plurality of premixing tubes are installed around a pilot fuel nozzle, and each premixing tube is provided with a main fuel nozzle.

また、この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法は、圧縮機と、圧縮された空気が供給される予混合燃焼による燃焼器と、燃焼ガスが供給されるタービンとを備え、圧縮機の吸気側に入口ガイド翼が配され、燃焼器内筒の中央部にパイロット燃料用ノズルが配され、このパイロット燃料用ノズルの周囲にメイン燃料用ノズルを備えた複数本の予混合管が配され、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方を測定し、予め計測して設定した燃料の当量比とタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方との関係に基づいて、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の測定温度に対してメイン燃料を噴射する予混合管の数を調整することを特徴としている。 Further, a combustion control method for a gas turbine according to the present invention includes a compressor, a combustor using premix combustion to which compressed air is supplied, and a turbine to which combustion gas is supplied; An inlet guide vane is arranged in the combustor, a pilot fuel nozzle is arranged in the center of the combustor inner cylinder, a plurality of premixing tubes equipped with main fuel nozzles are arranged around the pilot fuel nozzle, and the turbine Either or both of the inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature are measured, and based on the relationship between the pre-measured and set fuel equivalence ratio and either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature. , the number of premixing pipes through which main fuel is injected is adjusted with respect to the measured temperature of the turbine inlet gas temperature or the turbine exhaust gas temperature.

タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の一方または双方の測定温度に対して、メイン燃料用ノズルから噴射するメイン燃料量を、予混合管の数を増減させて調整するものである。例えば、6本の予混合管を備えている場合、定格負荷運転時にはすべての予混合管からメイン燃料を噴射させ、部分負荷運転時には、2本の予混合管からの噴射とする。そして、負荷の増加に伴って噴射させる予混合管の本数を増加させる。なお、噴射の有無は、メイン燃料用ノズルにメイン燃料を供給する供給管に配された調整弁を開閉することにより行われる。 The amount of main fuel injected from the main fuel nozzle is adjusted by increasing or decreasing the number of premixing tubes with respect to the measured temperature of one or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature. For example, when six premixing tubes are provided, main fuel is injected from all premixing tubes during rated load operation, and from two premixing tubes during partial load operation. Then, as the load increases, the number of premixing tubes to be injected is increased. Note that the presence or absence of injection is determined by opening and closing a regulating valve disposed in a supply pipe that supplies main fuel to a main fuel nozzle.

また、この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法は、圧縮機と、圧縮された空気が供給される予混合燃焼による燃焼器と、燃焼ガスが供給されるタービンとを備え、圧縮機の吸気側に入口ガイド翼が配され、燃焼器内筒の中央部にパイロット燃料用ノズルが配され、このパイロット燃料用ノズルの周囲にメイン燃料用ノズルを備えた複数本の予混合管が配され、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方を測定し、予め計測して設定した燃料の当量比とタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方との関係に基づいて、タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の測定温度に対して、入口ガイド翼の開口面積を調整すること、または/およびメイン燃料を噴射する予混合管の数を調整することを特徴としている。 Further, a combustion control method for a gas turbine according to the present invention includes a compressor, a combustor using premix combustion to which compressed air is supplied, and a turbine to which combustion gas is supplied; An inlet guide vane is arranged in the combustor, a pilot fuel nozzle is arranged in the center of the combustor inner cylinder, a plurality of premixing tubes equipped with main fuel nozzles are arranged around the pilot fuel nozzle, and the turbine Either or both of the inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature are measured, and based on the relationship between the fuel equivalence ratio measured and set in advance and either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature. The present invention is characterized by adjusting the opening area of the inlet guide vane and/or adjusting the number of premixing tubes that inject the main fuel with respect to the measured turbine inlet gas temperature or turbine exhaust gas temperature.

タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の一方または双方を測定して、入口ガイド翼の開口面積の調整と、予混合管の噴射本数の調整の一方または双方を行うことにより当該時の負荷に応じて安定した燃焼を行えるようにしたものである。 Measure one or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature, and adjust the opening area of the inlet guide vane and/or the number of injections of the premixing tube according to the load at the time. This allows for stable combustion.

また、上述のガスタービンの燃焼制御方法であって、前記当量比は、タービン翼のメタル温度と燃焼振動、燃焼効率、排気ガスのNOx濃度とのそれぞれの基準値を満たす値となる状態のタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度との関係を求めて、この関係に基づいて測定温度から入口ガイド翼の開口面積を調整することが好ましい。 Further, in the combustion control method for a gas turbine described above, the equivalence ratio is such that the turbine blade is in a state where the equivalence ratio is a value that satisfies each reference value of the metal temperature of the turbine blade, combustion vibration, combustion efficiency, and NOx concentration of exhaust gas. It is preferable to determine the relationship with the inlet gas temperature or the turbine exhaust gas temperature and adjust the opening area of the inlet guide vane from the measured temperature based on this relationship.

最適な当量比の値を求める場合に、
(1)タービン翼のメタル温度が設計上限以下の値であること。
(2)燃焼振動が基準以下であること。
(3)燃焼効率が基準以上であること。
(4)排気ガスのNOx濃度が規制値以下であること。
を満たすようにタービンの運転を行って、これら(1)~(4)の条件を満たす当量比を、予め試験や解析によって見出すものである。
When finding the optimal equivalence ratio value,
(1) The metal temperature of the turbine blade is below the design upper limit.
(2) Combustion vibration must be below the standard.
(3) Combustion efficiency must be above the standard.
(4) The NOx concentration of exhaust gas is below the regulation value.
The turbine is operated so as to satisfy the conditions (1) to (4), and the equivalence ratio that satisfies these conditions (1) to (4) is found in advance through tests and analysis.

この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法によれば、部分負荷運転時であっても安定した燃焼を行うことができると共に、NOx排出量を減じることができる。 According to the combustion control method for a gas turbine according to the present invention, stable combustion can be performed even during partial load operation, and the amount of NOx emissions can be reduced.

この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法における制御態様を説明するグラフである。1 is a graph illustrating a control mode in a gas turbine combustion control method according to the present invention. この発明に係る燃焼制御を実施するガスタービンの一例の構造を示す概略の断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an example of a gas turbine that implements combustion control according to the present invention. この発明に係る燃焼制御方法を実施するのに適した予混合管の第一の実施形態を説明する図で、予混合管の概略を示す斜視図である。1 is a diagram illustrating a first embodiment of a premixing tube suitable for implementing the combustion control method according to the present invention, and is a perspective view schematically showing the premixing tube. FIG. 図3に示す予混合管の正面図である。4 is a front view of the premixing tube shown in FIG. 3. FIG. 図4における5-5線に沿って切断して示す断面図である。5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG. 4. FIG. 図3に示す予混合管の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the premixing tube shown in FIG. 3; 図3に示す予混合管を軸に直交する面で切断して示す断面図であり、(A)は図4における7A-7A線断面図、(B)は7B-7B線断面図、(C)は7C-7C線断面図、(D)は7D-7D線断面図である。4 is a sectional view showing the premixing tube shown in FIG. 3 cut along a plane perpendicular to the axis, (A) is a sectional view taken along the line 7A-7A in FIG. 4, (B) is a sectional view taken along the line 7B-7B, and (C ) is a cross-sectional view taken along the line 7C-7C, and (D) is a cross-sectional view taken along the line 7D-7D. 図3に示すガスタービンの予混合管の胴部の展開図である。4 is a developed view of the body of the premixing tube of the gas turbine shown in FIG. 3. FIG. この発明に係る燃焼制御方法を実施するのに適した予混合管の第二の実施形態を説明する図で、予混合管の概略を示す斜視図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a second embodiment of a premixing tube suitable for carrying out the combustion control method according to the present invention, and is a perspective view schematically showing the premixing tube. 図9に示す予混合管の正面図である。10 is a front view of the premixing tube shown in FIG. 9. FIG. 図10における11-11線に沿って示す断面図である。11 is a cross-sectional view taken along line 11-11 in FIG. 10. FIG. 予混合管における空気の取り入れ状態を説明する図で、軸に沿った面で切断して示す断面図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the state of air intake in a premixing tube, and is a cross-sectional view taken along a plane along an axis. 軸方向に空気を取り入れる構造の予混合管示す図であり、図12に相当する断面図である。13 is a diagram showing a premixing tube having a structure in which air is taken in in the axial direction, and is a sectional view corresponding to FIG. 12. FIG.

この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法を、図示した実施形態に基づいて説明する。
まず、図2を参照してこの発明に係る燃焼制御方法の実施対象となるガスタービンの一実施例の概略を説明する。
A combustion control method for a gas turbine according to the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
First, with reference to FIG. 2, an outline of an embodiment of a gas turbine to which a combustion control method according to the present invention is implemented will be described.

ガスタービン100では、空気吸込口101から吸引された空気は、入口ガイド翼101aを通って圧縮機102に供給されて圧縮され、この圧縮空気は燃焼器103に導かれる。この燃焼器103は燃焼器外筒103aと燃焼器内筒103bとの二重構造とされており、圧縮空気は燃焼器内筒103bの外側に導かれる。 In the gas turbine 100, air sucked from an air suction port 101 is supplied to a compressor 102 through an inlet guide vane 101a and compressed, and this compressed air is guided to a combustor 103. This combustor 103 has a double structure of a combustor outer cylinder 103a and a combustor inner cylinder 103b, and compressed air is guided to the outside of the combustor inner cylinder 103b.

燃焼器103の燃焼器内筒103bの上部には、燃焼器内筒103bの軸を中心とした円周上に、適宜本数の予混合管1がほぼ等間隔に配されて装着されている。予混合管1の下部は燃焼器内筒103bの内部と連通させてあり、上部にはメイン燃料が供給されるメイン燃料用ノズル110が配されて、燃焼器内筒103bの内部にメイン燃料が噴射される。なお、メイン燃料はそれぞれのメイン燃料用ノズル110に各別に燃料供給管110aから供給され、この燃料供給管110aにはメイン燃料の供給量を調整する調整弁110bが設けられている。この調整弁110bを開閉することにより、メイン燃料の供給量の調整と供給と遮断とを行うことができる。したがって、メイン燃料の噴射量を、メイン燃料用ノズル110のそれぞれについて各別に調整できる。また、図2には、1本のメイン燃料用ノズル110のみを示してあるが、複数本のメイン燃料用ノズル110のいずれも同様に、調整弁110bを介して燃料供給管110aによりメイン燃料が供給される。 An appropriate number of premixing tubes 1 are mounted on the upper part of the combustor inner cylinder 103b of the combustor 103 and are arranged at approximately equal intervals on the circumference around the axis of the combustor inner cylinder 103b. The lower part of the premixing tube 1 communicates with the inside of the combustor inner cylinder 103b, and the upper part is provided with a main fuel nozzle 110 to which the main fuel is supplied, so that the main fuel is supplied to the inside of the combustor inner cylinder 103b. Injected. The main fuel is separately supplied to each main fuel nozzle 110 from a fuel supply pipe 110a, and this fuel supply pipe 110a is provided with an adjustment valve 110b for adjusting the amount of main fuel supplied. By opening and closing this regulating valve 110b, it is possible to adjust the supply amount of the main fuel, and to supply and shut off the main fuel. Therefore, the injection amount of the main fuel can be adjusted individually for each of the main fuel nozzles 110. Further, although only one main fuel nozzle 110 is shown in FIG. 2, the main fuel is similarly supplied to each of the plurality of main fuel nozzles 110 through the fuel supply pipe 110a via the regulating valve 110b. Supplied.

燃焼器内筒103bの中央上部にはパイロット燃料用ノズル111が配され、パイロット燃料が燃焼器内筒103b内に噴射される。噴射されたパイロット燃料には、図示しない点火装置によって点火される。
燃焼器内筒103bの外側に導かれた圧縮空気は予混合管1に導かれて、メイン燃料の燃焼ガスと混合して混合ガスが生成され、この混合ガスが予混合管1の下部から燃焼器内筒103bの内部に噴射されて燃焼が促進され、高温・高圧の作動ガスが発生する。
燃焼器103で発生した作動ガスがタービン104に導かれて、タービン翼を回転させて主軸105を回転させる。主軸105の回転によって、圧縮機102を回転させると共に、所望の出力回転が得られる。タービン104の回転に供された作動ガスは、排気ガスとなって排気ダクト106から排出される。
A pilot fuel nozzle 111 is arranged at the upper center of the combustor inner cylinder 103b, and pilot fuel is injected into the combustor inner cylinder 103b. The injected pilot fuel is ignited by an ignition device (not shown).
The compressed air guided to the outside of the combustor inner cylinder 103b is guided to the premixing tube 1 and mixed with the combustion gas of the main fuel to generate a mixed gas, which is then combusted from the lower part of the premixing tube 1. It is injected into the interior of the internal cylinder 103b to promote combustion and generate high-temperature, high-pressure working gas.
Working gas generated in the combustor 103 is guided to the turbine 104, which rotates the turbine blades and rotates the main shaft 105. The rotation of the main shaft 105 rotates the compressor 102 and provides desired output rotation. The working gas used to rotate the turbine 104 becomes exhaust gas and is discharged from the exhaust duct 106.

タービン104の入り口にはタービン入口ガス温度を測定する入口温度測定器104aが設けられている。また、排気ダクト106にはタービン排気ガス温度を測定する排気温度測定器106aが設けられている。これら入口温度測定器104aと排気温度測定器106aとのそれぞれによって測定されたタービン入口ガス温度とタービン排気ガス温度は、制御装置115に提供される。 An inlet temperature measuring device 104a is provided at the inlet of the turbine 104 to measure the turbine inlet gas temperature. Further, the exhaust duct 106 is provided with an exhaust temperature measuring device 106a that measures the temperature of the turbine exhaust gas. The turbine inlet gas temperature and turbine exhaust gas temperature measured by the inlet temperature measuring device 104a and the exhaust temperature measuring device 106a, respectively, are provided to the control device 115.

ところで、ガスタービン100の運転時の、タービン翼のメタル温度と燃焼振動、燃焼効率、排気ガスのNOx濃度のそれぞれを測定して、メタル温度が設計上限値以下であり、燃焼振動が基準以下であり、燃焼効率が基準以上であり、排気ガスのNOx濃度が規制値以下である場合の、燃料と空気との当量比を求め、この当量比に対して、入口温度測定器104aによって測定されるタービン入口ガス温度と、排気温度測定器106aによって測定されるタービン排気ガス温度との関係を予め求めて、その関係を制御装置115に登録する。
例えば、タービン翼メタル温度と燃焼振動、燃焼効率、排気ガスのNOx濃度との関係から、最適な燃料の当量比を試験または解析により見出す。
図1は、縦軸に基準値を、横軸に入口ガイド翼101aの開度を示し、実線でタービン翼メタル温度が、破線で燃焼効率が、一点鎖線で燃焼振動が、二点鎖線でNOx濃度が、それぞれ示されている。また、縦軸におけるCとT、V、とは、それぞれ、安定した燃焼となる状態の当量比の燃焼効率とタービン翼メタル温度、燃焼振動のそれぞれの基準値を示している。そして、タービン翼メタル温度が基準値(設計上限値)T以下、燃焼効率が基準値C以上、燃焼振動が基準値V以下、NOx濃度が規制値以下となる入口ガイド翼101aの開度調整範囲Rを求める。なお、基準値Vに対応したIGV開度がvで、基準時Tに対応したIGV開度がtで、基準値Cに対応したIGV開度がcで、それぞれ示されている。図1に示されているように、開度調整範囲Rは、開度cと開度tの間の開度となる。そして、この安定した燃焼を維持する当量比となる際の、タービン入口ガス温度とタービン排気ガス温度との関係を求めて、この関係が前記制御装置115に登録されている。
なお、NOx濃度の規制値は、図1における開度tよりも絞られた側の値となり、開度範囲RではNOx濃度が規制値以下となる。
By the way, when the gas turbine 100 is operated, the metal temperature of the turbine blade, combustion vibration, combustion efficiency, and NOx concentration of exhaust gas are measured, and it is determined that the metal temperature is below the design upper limit value and the combustion vibration is below the standard. The equivalence ratio of fuel and air is determined when the combustion efficiency is above the standard and the NOx concentration of the exhaust gas is below the regulation value, and the inlet temperature measuring device 104a measures the equivalence ratio with respect to this equivalence ratio. The relationship between the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature measured by the exhaust temperature measuring device 106a is determined in advance, and the relationship is registered in the control device 115.
For example, the optimum fuel equivalence ratio is found through testing or analysis based on the relationship between turbine blade metal temperature, combustion vibration, combustion efficiency, and NOx concentration of exhaust gas.
In FIG. 1, the vertical axis shows the reference value, the horizontal axis shows the opening degree of the inlet guide blade 101a, the solid line shows the turbine blade metal temperature, the broken line shows the combustion efficiency, the one-dot chain line shows the combustion vibration, and the two-dot chain line shows the NOx Concentrations are indicated for each. Further, C, T, and V on the vertical axis respectively indicate the reference values of the equivalence ratio combustion efficiency, the turbine blade metal temperature, and the combustion vibration for stable combustion. Then, the opening adjustment range of the inlet guide blade 101a is such that the turbine blade metal temperature is below the reference value (design upper limit) T, the combustion efficiency is above the reference value C, the combustion vibration is below the reference value V, and the NOx concentration is below the regulation value. Find R. Note that the IGV opening degree corresponding to the reference value V is shown as v, the IGV opening degree corresponding to the reference time T is shown as t, and the IGV opening degree corresponding to the reference value C is shown as c. As shown in FIG. 1, the opening adjustment range R is between the opening degree c and the opening degree t. Then, the relationship between the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature at which an equivalence ratio that maintains stable combustion is obtained is determined, and this relationship is registered in the control device 115.
Note that the regulation value of the NOx concentration is a value on the narrower side than the opening degree t in FIG. 1, and in the opening range R, the NOx concentration is below the regulation value.

また、制御装置115の出力信号は、入口ガイド翼101aの開度を調整するアクチュエータの駆動信号とされている。 Further, the output signal of the control device 115 is a drive signal for an actuator that adjusts the opening degree of the inlet guide blade 101a.

次に、ガスタービンの燃焼制御について説明する。
入口温度測定器104aによって測定されたタービン入口ガス温度と、排気温度測定器106aによって測定されたタービン排気ガス温度との測定値が制御装置115に入力される。制御装置115では、入力されたタービン入口ガス温度とタービン排気ガス温度とのいずれか一方又は双方の測定値に対する開度範囲Rとなるように駆動信号を入口ガイド翼101aのアクチュエータに出力する。これにより、入口ガイド翼101aの開度が変更され、空気の供給量が良好な燃焼を維持できる当量比となるように調整される。このため、負荷が変動して部分負荷運転となった場合でも安定した燃焼を維持でき、排気ガスのNOx濃度をほぼ一定に保つことができる。
なお、タービン入口ガス温度を測定することよりも、タービン排気ガス温度を測定する場合の方が簡易な測定器でよく、測定が簡便となるので、タービン排気ガス温度をパラメータとすることが好ましい。
Next, combustion control of the gas turbine will be explained.
Measured values of the turbine inlet gas temperature measured by the inlet temperature measuring device 104a and the turbine exhaust gas temperature measured by the exhaust temperature measuring device 106a are input to the control device 115. The control device 115 outputs a drive signal to the actuator of the inlet guide blade 101a so that the opening range R corresponds to the measured values of either or both of the input turbine inlet gas temperature and turbine exhaust gas temperature. As a result, the opening degree of the inlet guide vane 101a is changed, and the amount of air supplied is adjusted to an equivalence ratio that allows good combustion to be maintained. Therefore, even when the load fluctuates and the engine is operated under partial load, stable combustion can be maintained, and the NOx concentration of the exhaust gas can be kept almost constant.
Note that it is preferable to use the turbine exhaust gas temperature as a parameter because a simpler measuring device is required to measure the turbine exhaust gas temperature than to measure the turbine inlet gas temperature, and the measurement is simpler.

次に、この燃焼制御方法によるガスタービンが具備する予混合管の構造について説明する。 Next, the structure of a premixing tube included in a gas turbine using this combustion control method will be described.

図3~図8には、第一の実施形態に係る構造を備えた予混合管1が示されている。この予混合管1は円筒形の胴部1aの上部が、中央部を除いて底板1bによって閉鎖されており、この底板1bの中央部にはメイン燃料用ノズル110を保持させるノズル支持管11が、シール11aを介して装着されている。なお、予混合管1のノズル支持管11の側が、メイン燃料の流れの上流側となる。
また、胴部1aの下部、すなわちメイン燃料の流れの下流側は、徐々に縮径されて下部側が小径とされた筒状体の円錐形胴部1cが連続している。また、この円錐形胴部1cからは胴部1aの軸Cの方向に対して偏倚させた方向に開口1dが指向するように、傾斜管部1eが連続している。また、この開口1dは、図4に示すように、円形とされている。
3 to 8 show a premixing tube 1 having a structure according to a first embodiment. In this premixing tube 1, the upper part of a cylindrical body part 1a is closed by a bottom plate 1b except for the center part, and a nozzle support pipe 11 for holding a main fuel nozzle 110 is installed in the center part of this bottom plate 1b. , are attached via a seal 11a. Note that the nozzle support tube 11 side of the premixing tube 1 is on the upstream side of the main fuel flow.
Further, the lower part of the body part 1a, that is, the downstream side of the flow of the main fuel, is continuous with a conical body part 1c, which is a cylindrical body whose diameter is gradually reduced so that the lower part has a smaller diameter. Further, an inclined pipe portion 1e continues from the conical body portion 1c so that the opening 1d is oriented in a direction offset from the direction of the axis C of the body portion 1a. Moreover, this opening 1d is circular, as shown in FIG.

予混合管1の胴部1aには、適宜数の空気孔1a1、1a2、1a3、1a4が形成されている。この空気孔1a1、1a2、1a3、1a4は、図8の展開図に示すように、予混合管1の上流側で周方向に形成された空気孔1a1の数が、その下流側に周方向に形成された空気孔1a2~1a4の数よりも多くしてある。この実施形態では、軸C方向に4列の空気孔1a1、1a2、1a3、1a4が並設されたものを示してあるが、これらの最も上流側の空気孔1a1が16個とされ、他の位置に配された空気孔1a2、1a3、1a4が8個とされている。
これらの空気孔1a1、1a2、1a3、1a4の位置関係が、図7と図8に示されている。図7(A)は、図4における7A-7A線に沿って、軸Cと直交する面で切断した断面図で、この部分には16個の空気孔1a1が配されている。また、図7(B)は空気孔1a1の直近の下流側に配された空気孔1a2の部分で切断した、図4における7B-7B線に沿って切断した断面図で、この部分には8個の空気孔1a2が配されている。この8個の空気孔1a2は、16個の空気孔1a1に対して一つおきに軸C方向で重なる位置に配されている。また、空気孔1a2の直近の下流側に配された空気孔1a3は8個とされており、図7(B)と図7(C)に示されているように、空気孔1a2の位置と周方向に22.5°の角度でずれた位置に配されている。そして、最下流に配された空気孔1a4は、8個が周方向に配されており、図7(B)と図7(D)とに示されているように、これら空気孔1a4は空気孔1a2と軸C方向で等しい位置に配されている。
なお、空気孔1a2、1a3、1a4については、それぞれ15°ずつの角度でずれた位置に配することで、これら空気孔1a2、1a3、1a4の全てが軸Cに沿った方向でずれた位置に配するものでも構わない。
さらに、空気孔1a1、1a2、1a3、1a4のそれぞれの径を異ならせたものとすることができる。この場合、上流側に配された空気孔1a1の径を大きくすることが好ましい。また、下流側に向かって徐々に小径とすることでも、空気孔1a2、1a3、1a4の径を等しくすることでも構わない。
An appropriate number of air holes 1a1, 1a2, 1a3, and 1a4 are formed in the body 1a of the premixing tube 1. As shown in the developed view of FIG. 8, these air holes 1a1, 1a2, 1a3, and 1a4 are different in number from the number of air holes 1a1 formed in the circumferential direction on the upstream side of the premixing tube 1 to the circumferential direction on the downstream side. The number is greater than the number of air holes 1a2 to 1a4 formed. In this embodiment, four rows of air holes 1a1, 1a2, 1a3, and 1a4 are arranged in parallel in the direction of the axis C, but the air holes 1a1 on the most upstream side are 16 in number, and the other air holes 1a1 are 16 in number. There are eight air holes 1a2, 1a3, and 1a4 arranged at positions.
The positional relationship of these air holes 1a1, 1a2, 1a3, and 1a4 is shown in FIGS. 7 and 8. FIG. 7(A) is a cross-sectional view taken along line 7A-7A in FIG. 4 at a plane perpendicular to axis C, and 16 air holes 1a1 are arranged in this portion. Moreover, FIG. 7(B) is a cross-sectional view taken along the line 7B-7B in FIG. air holes 1a2 are arranged. These eight air holes 1a2 are arranged at positions that overlap every other one of the 16 air holes 1a1 in the direction of the axis C. In addition, there are eight air holes 1a3 arranged immediately downstream of the air hole 1a2, and as shown in FIGS. 7(B) and 7(C), the positions of the air holes 1a2 and They are arranged at positions shifted at an angle of 22.5° in the circumferential direction. Eight air holes 1a4 arranged at the most downstream side are arranged in the circumferential direction, and as shown in FIG. 7(B) and FIG. 7(D), these air holes 1a4 are It is arranged at the same position as the hole 1a2 in the axis C direction.
Note that by arranging the air holes 1a2, 1a3, and 1a4 at positions shifted by an angle of 15 degrees, all of these air holes 1a2, 1a3, and 1a4 are placed at positions shifted in the direction along the axis C. It doesn't matter what you place.
Furthermore, the air holes 1a1, 1a2, 1a3, and 1a4 may have different diameters. In this case, it is preferable to increase the diameter of the air hole 1a1 arranged on the upstream side. Further, the diameter may be gradually reduced toward the downstream side, or the diameters of the air holes 1a2, 1a3, and 1a4 may be made equal.

そして、この予混合管1は、図2に示されているように、開口1dを燃焼器内筒103bの中央部に指向させて配される。このため、パイロット燃料に点火された火炎に向かって混合ガスが噴射される。
また、前述したように、予混合管1のそれぞれにはメイン燃料用ノズル110が配されており、このメイン燃料用ノズル110には調整弁110bを介して燃料供給管110aからメイン燃料が供給される。また、この調整弁110bを開閉させるアクチュエータには、制御装置115から駆動信号が入力される。
As shown in FIG. 2, the premixing tube 1 is arranged with the opening 1d directed toward the center of the combustor inner cylinder 103b. Therefore, the mixed gas is injected toward the flame ignited by the pilot fuel.
Further, as described above, each of the premixing pipes 1 is provided with a main fuel nozzle 110, and main fuel is supplied to this main fuel nozzle 110 from the fuel supply pipe 110a via the regulating valve 110b. Ru. Further, a drive signal is input from the control device 115 to an actuator that opens and closes the regulating valve 110b.

次に、この予混合管1の作用を、以下に説明する。
この予混合管1では、メイン燃料用ノズル110から噴射されたメイン燃料の燃焼ガスに対して、胴部1aに形成された空気孔1a1、1a2、1a3、1a4から圧縮空気が導入されて燃焼ガスが希釈され、予混合管1の内部で混合されて混合ガスが生成される。燃焼ガスは、メイン燃料用ノズル110による噴射直後が最も高い濃度にある。この予混合管1では、最上流側にある空気孔1a1の数が下流側の空気孔1a2、1a3、1a4の数と比べて多くしてあるから、最上流側の空気孔1a1からは多量の空気が導入される。このため、濃度の高い燃焼ガスの希釈が促進される。
また、空気孔1a2、1a3、1a4では周方向の位置をずらして配してあるため、空気孔1a2が臨んでいない位置、すなわち、周方向で隣接する空気孔1a2同士の中間の位置が臨む位置を通過する燃焼ガスには空気が導入されにくい。しかし、この空気孔1a2の下流に配された空気孔1a3は、空気孔1a2に対してずれた位置に配されているから、空気孔1a2が形成されていない部分を通過した燃焼ガスに対して空気孔1a3から導入された空気により希釈される。したがって、供給された燃焼ガスは全体として空気と均等に混合されて、所望の状態まで希釈されて燃焼に供されて、高温・高圧の作動ガスが生成される。
なお、予混合管1の下流部は胴部1aよりも小径の開口1dが形成されているから、開口1dから噴射される混合ガスの流速が大きくなる。このため、パイロット燃料の火炎に対して、高速で噴射されるので、着火した燃焼ガスの火炎が逆火することがない。
Next, the operation of this premixing tube 1 will be explained below.
In this premixing tube 1, compressed air is introduced from air holes 1a1, 1a2, 1a3, and 1a4 formed in the body part 1a to the combustion gas of the main fuel injected from the main fuel nozzle 110, and the combustion gas is are diluted and mixed inside the premixing tube 1 to produce a mixed gas. The combustion gas is at its highest concentration immediately after being injected by the main fuel nozzle 110. In this premixing tube 1, the number of air holes 1a1 on the most upstream side is larger than the number of air holes 1a2, 1a3, and 1a4 on the downstream side, so a large amount of air is emitted from the air holes 1a1 on the most upstream side. Air is introduced. Therefore, dilution of the highly concentrated combustion gas is promoted.
In addition, since the air holes 1a2, 1a3, and 1a4 are arranged at shifted positions in the circumferential direction, the position where the air hole 1a2 does not face, that is, the position where the middle position between the adjacent air holes 1a2 in the circumferential direction faces. It is difficult for air to be introduced into the combustion gas passing through. However, since the air hole 1a3 arranged downstream of the air hole 1a2 is arranged at a position shifted from the air hole 1a2, the combustion gas that has passed through the part where the air hole 1a2 is not formed is It is diluted by air introduced from the air hole 1a3. Therefore, the supplied combustion gas as a whole is evenly mixed with air, diluted to a desired state, and then combusted to generate high-temperature, high-pressure working gas.
In addition, since the downstream part of the premixing tube 1 is formed with the opening 1d having a smaller diameter than the body part 1a, the flow velocity of the mixed gas injected from the opening 1d increases. Therefore, the flame of the pilot fuel is injected at high speed, so that the flame of the ignited combustion gas does not backfire.

そして、タービン104を駆動した作動ガスは、排気ダクト106から排出される。この排出される排気ガスは、予混合管1で混合されて希釈された混合ガスの燃焼ガス濃度が低いため、NOxの排出量が小さくなる。 The working gas that has driven the turbine 104 is then exhausted from the exhaust duct 106. The exhaust gas to be discharged has a low combustion gas concentration of the mixed gas diluted by mixing in the premixing tube 1, so the amount of NOx discharged is small.

図9~図11には、第二の実施形態に係る構造を備えた予混合管2が示されている。この実施形態に係る予混合管2の部位であって、図3~図8に示す第一の実施形態に係る予混合管1と同一の部位については、同一の符号を付してある。
この予混合管2の胴部2aの上部には、中央部にノズル支持管11がシール11aを介して装着された、胴部2aと別体で形成された蓋体2bが設けられている。
胴部2aの下部には、上流側の上端部が胴部2aに連続する円形で下流側に向かって徐々に縮径されると共に、下流側の下端部が方形に形成された接続胴部2cが連続している。
そして、この接続胴部2cの下端部に、接続胴部2cと連続する方形の傾斜管部2eの上端部が接続されており、この傾斜管部2eの下端部の開口が軸Cの方向に対して偏倚させた方向を指向するようにしてある。すなわち、開口2dは、図10に示すように、方形とされている。
9 to 11 show a premixing tube 2 having a structure according to a second embodiment. The same parts of the premixing tube 2 according to this embodiment as the premixing tube 1 according to the first embodiment shown in FIGS. 3 to 8 are given the same reference numerals.
At the upper part of the body 2a of the premixing tube 2, there is provided a lid 2b which is formed separately from the body 2a and has a nozzle support tube 11 attached to the center thereof via a seal 11a.
At the lower part of the body part 2a, there is a connection body part 2c in which the upper end part on the upstream side is circular and continuous with the body part 2a and gradually reduces in diameter toward the downstream side, and the lower end part on the downstream side is formed in a square shape. are continuous.
The upper end of a rectangular inclined tube section 2e that is continuous with the connecting body section 2c is connected to the lower end of this connecting body section 2c, and the opening of the lower end of this inclined tube section 2e is oriented in the direction of the axis C. It is designed to point in a biased direction. That is, the opening 2d is square, as shown in FIG.

予混合管2の胴部2aには、第一の実施形態に係る予混合管1の胴部1aと同様に、適宜数の空気孔2a1、2a2、2a3、2a4が設けられている。これら空気孔2a1、2a2、2a3、2a4は、予混合管1の胴部1aに形成された空気孔1a1、1a2、1a3、1a4と同一の数が同位置に配置されている。したがって、胴部2aに形成された空気孔2a1、2a2、2a3、2a4に関しては、第一の実施形態に係る予混合管1の胴部1aの断面を示している図7(A)~(D)と同様の断面形状となる。 The body 2a of the premixing tube 2 is provided with an appropriate number of air holes 2a1, 2a2, 2a3, and 2a4, similar to the body 1a of the premixing tube 1 according to the first embodiment. These air holes 2a1, 2a2, 2a3, and 2a4 are arranged in the same number and in the same position as the air holes 1a1, 1a2, 1a3, and 1a4 formed in the body portion 1a of the premixing tube 1. Therefore, regarding the air holes 2a1, 2a2, 2a3, and 2a4 formed in the body 2a, FIGS. ) has the same cross-sectional shape.

この予混合管2についても、予混合管1の場合と同様に、図2に示されているように、開口2dを燃焼器内筒103bの中央部に指向させて配され、パイロット燃料に点火された火炎に向かって混合ガスが噴射される。しかも、開口2dの開口面積が胴部2aの断面積よりも小さいため、混合ガスの流速が大きくなって逆火が防止される。 As in the case of the premixing tube 1, this premixing tube 2 is also arranged with the opening 2d facing the center of the combustor inner cylinder 103b, as shown in FIG. 2, and the pilot fuel is ignited. The mixed gas is injected towards the flame. Furthermore, since the opening area of the opening 2d is smaller than the cross-sectional area of the body portion 2a, the flow velocity of the mixed gas increases and flashback is prevented.

予混合管1、2は複数本が燃焼器内筒103bの上部に、円周上に配されており、それぞれの設けられたメイン燃料用ノズル110には、メイン燃料を供給する燃料供給管110aに調整弁110bが介在されている。この調整弁110bの開閉を担うアクチュエータには、制御装置115から駆動信号が入力されている。
そして、タービンの負荷が変動した場合には、制御装置115からの駆動信号に基づいて、調整弁110bが開閉されて、メイン燃料を噴射するメイン燃料用ノズル110の本数が変更される。すなわち、部分負荷運転時には、噴射させるメイン燃料用ノズル110の本数を減じてメイン燃料の噴射量を減少させ、負荷の増加と共に噴射量を増加させる。
例えば、6本の予混合管1、2を配し、部分負荷運転時には2本の予混合管1、2のメイン燃料用ノズル110からメイン燃料を噴射させ、定格負荷運転時には、6本のメイン燃料用ノズル110から噴射させるようにする。
したがって、負荷の増減に応じてメイン燃料を減じることで、当量比が調整されて、良好な燃焼を維持できるものである。
A plurality of premixing tubes 1 and 2 are arranged circumferentially in the upper part of the combustor inner cylinder 103b, and each provided main fuel nozzle 110 has a fuel supply tube 110a for supplying main fuel. A regulating valve 110b is interposed therein. A drive signal is input from the control device 115 to the actuator responsible for opening and closing the regulating valve 110b.
When the load on the turbine changes, the regulating valve 110b is opened or closed based on a drive signal from the control device 115, and the number of main fuel nozzles 110 that inject the main fuel is changed. That is, during partial load operation, the number of main fuel nozzles 110 to be injected is reduced to reduce the injection amount of main fuel, and as the load increases, the injection amount is increased.
For example, six premixing tubes 1 and 2 are arranged, and during partial load operation, the main fuel is injected from the main fuel nozzles 110 of the two premixing tubes 1 and 2, and during rated load operation, the main fuel is injected from the main fuel nozzles 110 of the two premixing tubes 1 and 2. The fuel is injected from the fuel nozzle 110.
Therefore, by reducing the amount of main fuel in accordance with the increase or decrease in load, the equivalence ratio is adjusted and good combustion can be maintained.

このメイン燃料用ノズル110の噴射本数を増減することに加えて、入口ガイド翼101aの開度の変更を組み合わせてタービンの燃焼制御を行うこともできる。
これらメイン燃料用ノズル110の噴射本数の増減と、入口ガイド翼101aの開度の変更とを組み合わせて、タービンの燃焼制御を行うことにより、より安定した燃焼を維持させることができる。
In addition to increasing or decreasing the number of injections from the main fuel nozzles 110, combustion control of the turbine can also be performed by changing the opening degree of the inlet guide vanes 101a.
More stable combustion can be maintained by controlling combustion of the turbine by combining an increase or decrease in the number of injections of the main fuel nozzles 110 and a change in the opening degree of the inlet guide vanes 101a.

以上に説明した予混合管1、2では、図12に示すように、胴部1a、2aの側方から燃焼ガスを希釈させる予混合用空気が供給されることになる。
他方、図13は予混合管4の上部開口4aから空気を取り入れる構造を示している。この予混合管4では、空気が上方から取り入れられる構造であるため、ガスタービン100の天蓋112と予混合管4の上部開口4aとの間の距離を大きくすることを要する。
これに対して、本願発明に係る構造を備えた予混合管1、2では側方から空気が取り入れられるため、図12に示すように、予混合管1、2の上部と天蓋112との間の距離は、小さくすることができる。
このため、ガスタービン100の高さを小さくして、ガスタービン100の小型化を図ることができる。
In the premixing tubes 1 and 2 described above, as shown in FIG. 12, premixing air for diluting the combustion gas is supplied from the sides of the body parts 1a and 2a.
On the other hand, FIG. 13 shows a structure in which air is taken in from the upper opening 4a of the premixing tube 4. Since this premixing tube 4 has a structure in which air is taken in from above, it is necessary to increase the distance between the canopy 112 of the gas turbine 100 and the upper opening 4a of the premixing tube 4.
On the other hand, in the premixing tubes 1 and 2 having the structure according to the present invention, air is taken in from the side, so that there is a gap between the upper part of the premixing tubes 1 and 2 and the canopy 112, as shown in FIG. The distance can be made small.
Therefore, the height of the gas turbine 100 can be reduced and the size of the gas turbine 100 can be reduced.

この発明に係るガスタービンの燃焼制御方法によれば、負荷の変動があった場合であっても安定した燃焼を維持でき、特に、夜間等の部分負荷運転時における燃焼を安定させて、ガスタービンの高効率での運転に寄与する。 According to the combustion control method for a gas turbine according to the present invention, stable combustion can be maintained even when there are load fluctuations, and in particular, combustion can be stabilized during partial load operation such as at night, and the gas turbine contributes to highly efficient operation.

1 予混合管
1a 胴部
1b 底板
1c 円錐形胴部
1d 開口
1e 傾斜管部
1a1、1a2、1a3、1a4 空気孔
11 ノズル支持管
11a シール
2 予混合管
2a 胴部
2b 蓋体
2c 接続胴部
2d 開口
2e 傾斜管部
2a1、2a2、2a3、2a4 空気孔
100 ガスタービン
101 空気吸込口
101a 入口ガイド翼
102 圧縮機
103 燃焼器
103a 燃焼器外筒
103b 燃焼器内筒
104 タービン
104a 入口温度測定器
105 主軸
106 排気ダクト
106a 排気温度測定器
110 メイン燃料用ノズル
110a 燃料供給管
110b 調整弁
111 パイロット燃料用ノズル
112 天蓋
115 制御装置
C 軸
R 開度範囲
1 Premixing tube 1a Body 1b Bottom plate 1c Conical body 1d Opening 1e Inclined tube 1a1, 1a2, 1a3, 1a4 Air hole 11 Nozzle support tube 11a Seal 2 Premixing tube 2a Body 2b Lid 2c Connection body 2d Opening 2e Inclined pipe portion 2a1, 2a2, 2a3, 2a4 Air hole 100 Gas turbine 101 Air suction port 101a Inlet guide vane 102 Compressor 103 Combustor 103a Combustor outer cylinder 103b Combustor inner cylinder 104 Turbine 104a Inlet temperature measuring device 105 Main shaft 106 Exhaust duct 106a Exhaust temperature measuring device 110 Main fuel nozzle 110a Fuel supply pipe 110b Adjustment valve 111 Pilot fuel nozzle 112 Canopy 115 Control device C Axis R Opening range

Claims (4)

圧縮機と、圧縮された空気が供給される予混合燃焼による燃焼器と、燃焼ガスが供給されるタービンとを備え、
圧縮機の吸気側に入口ガイド翼が配され、
燃焼器内筒の中央部にパイロット燃料用ノズルが配され、
このパイロット燃料用ノズルの周囲に、メイン燃料用ノズルを備えると共に、円筒形の胴部に複数個の空気孔が形成された複数本の予混合管が配され、
前記複数個の空気孔は胴部の軸方向で複数列が形成され、燃焼ガスの流れ方向の、上流側に配された列の空気孔の数が下流側に配された列の空気孔の数よりも多く形成され、
タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方を測定し、
予め計測して設定した燃料の当量比とタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方との関係に基づいて、
タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の測定温度に対して入口ガイド翼の開口面積を調整することを特徴とするガスタービンの燃焼制御方法。
Comprising a compressor, a combustor using premix combustion to which compressed air is supplied, and a turbine to which combustion gas is supplied,
An inlet guide vane is placed on the intake side of the compressor.
A pilot fuel nozzle is located in the center of the combustor inner cylinder,
A main fuel nozzle is provided around the pilot fuel nozzle, and a plurality of premixing tubes each having a plurality of air holes formed in a cylindrical body are disposed,
The plurality of air holes are formed in a plurality of rows in the axial direction of the body, and the number of air holes in the row arranged on the upstream side in the flow direction of combustion gas is equal to the number of air holes in the row arranged on the downstream side. formed in greater numbers than
Measuring either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature,
Based on the relationship between the fuel equivalence ratio measured and set in advance and either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature,
A combustion control method for a gas turbine, the method comprising adjusting an opening area of an inlet guide blade with respect to a measured turbine inlet gas temperature or a turbine exhaust gas temperature.
圧縮機と、圧縮された空気が供給される予混合燃焼による燃焼器と、燃焼ガスが供給されるタービンとを備え、
圧縮機の吸気側に入口ガイド翼が配され、
燃焼器内筒の中央部にパイロット燃料用ノズルが配され、
このパイロット燃料用ノズルの周囲に、メイン燃料用ノズルを備えると共に、円筒形の胴部に複数個の空気孔が形成された複数本の予混合管が配され、
前記複数個の空気孔は胴部の軸方向で複数列が形成され、燃焼ガスの流れ方向の、上流側に配された列の空気孔の数が下流側に配された列の空気孔の数よりも多く形成され、
タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方を測定し、
予め計測して設定した燃料の当量比とタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方との関係に基づいて、
タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の測定温度に対してメイン燃料を噴射する予混合管の数を調整することを特徴とするガスタービンの燃焼制御方法。
Comprising a compressor, a combustor using premix combustion to which compressed air is supplied, and a turbine to which combustion gas is supplied,
An inlet guide vane is placed on the intake side of the compressor.
A pilot fuel nozzle is located in the center of the combustor inner cylinder,
A main fuel nozzle is provided around the pilot fuel nozzle, and a plurality of premixing tubes each having a plurality of air holes formed in a cylindrical body are disposed,
The plurality of air holes are formed in a plurality of rows in the axial direction of the body, and the number of air holes in the row arranged on the upstream side in the flow direction of combustion gas is equal to the number of air holes in the row arranged on the downstream side. formed in greater numbers than
Measuring either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature,
Based on the relationship between the fuel equivalence ratio measured and set in advance and either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature,
A combustion control method for a gas turbine, the method comprising adjusting the number of premixing tubes through which main fuel is injected with respect to a measured turbine inlet gas temperature or a turbine exhaust gas temperature.
圧縮機と、圧縮された空気が供給される予混合燃焼による燃焼器と、燃焼ガスが供給されるタービンとを備え、
圧縮機の吸気側に入口ガイド翼が配され、
燃焼器内筒の中央部にパイロット燃料用ノズルが配され、
このパイロット燃料用ノズルの周囲に、メイン燃料用ノズルを備えると共に、円筒形の胴部に複数個の空気孔が形成された複数本の予混合管が配され、
前記複数個の空気孔は胴部の軸方向で複数列が形成され、燃焼ガスの流れ方向の、上流側に配された列の空気孔の数が下流側に配された列の空気孔の数よりも多く形成され、
タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方を測定し、
予め計測して設定した燃料の当量比とタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度のいずれか一方または双方との関係に基づいて、
タービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度の測定温度に対して、
入口ガイド翼の開口面積を調整すること、
または/および
メイン燃料を噴射する予混合管の数を調整すること、
を特徴とするガスタービンの燃焼制御方法。
Comprising a compressor, a combustor using premix combustion to which compressed air is supplied, and a turbine to which combustion gas is supplied,
An inlet guide vane is placed on the intake side of the compressor.
A pilot fuel nozzle is located in the center of the combustor inner cylinder,
A main fuel nozzle is provided around the pilot fuel nozzle, and a plurality of premixing tubes each having a plurality of air holes formed in a cylindrical body are disposed,
The plurality of air holes are formed in a plurality of rows in the axial direction of the body, and the number of air holes in the row arranged on the upstream side in the flow direction of combustion gas is equal to the number of air holes in the row arranged on the downstream side. formed in greater numbers than
Measuring either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature,
Based on the relationship between the fuel equivalence ratio measured and set in advance and either or both of the turbine inlet gas temperature and the turbine exhaust gas temperature,
For the measured temperature of turbine inlet gas temperature or turbine exhaust gas temperature,
adjusting the opening area of the inlet guide vanes;
or/and adjusting the number of premixing tubes injecting the main fuel;
A combustion control method for a gas turbine characterized by:
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のガスタービンの燃焼制御方法であって、
前記当量比は、タービン翼のメタル温度と燃焼振動、燃焼効率、排気ガスのNOx濃度とのそれぞれの基準値を満たす値となる状態のタービン入口ガス温度またはタービン排気ガス温度との関係を求めて、この関係に基づいて測定温度から入口ガイド翼の開口面積を調整することを特徴とするガスタービンの燃焼制御方法。
A combustion control method for a gas turbine according to any one of claims 1 to 3, comprising:
The equivalence ratio is determined by determining the relationship between the turbine blade metal temperature and the turbine inlet gas temperature or turbine exhaust gas temperature that satisfies the respective reference values of combustion vibration, combustion efficiency, and NOx concentration of exhaust gas. , a combustion control method for a gas turbine, characterized in that the opening area of the inlet guide blade is adjusted from the measured temperature based on this relationship.
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