JP3828738B2

JP3828738B2 - Gas turbine fuel control system

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Publication number: JP3828738B2
Application number: JP2000333459A
Authority: JP
Inventors: 文治森脇; 哲男笹田; 巧山野辺; 竹原　　勲; 陽太郎木村; 和行伊藤; 尚之永渕
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP2002138856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の燃料供給系統制御による拡散燃焼と予混合燃焼を行う燃焼器を有するガスタービン発電設備の燃料制御装置に係り、特に、負荷遮断，系統遮断発生時等における燃焼器の燃焼安定性を確保するに好適なガスタービン燃料制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）は、主に、燃焼用空気中に含まれる窒素（Ｎ₂）が燃焼器内部で高温の燃焼ガスと反応することにより発生する。拡散燃焼は、燃料濃度，発熱量，流速，温度など燃焼器の入力条件に変動が発生した場合、燃焼安定性において優れる反面、燃焼ガスの局所的な高温部を源とするＮＯｘが発生しやすいものである。一方、予混合燃焼は、拡散燃焼と比較して安定燃焼可能な範囲が狭い特性があるが、燃焼ガスの局所的な高温部の発生を抑制する特性をもつことから、低ＮＯｘ化が可能となる。近年のＮＯｘ排出規制による低ＮＯｘ化の要求の高まりにより、低ＮＯｘ化に寄与する予混合燃焼バーナと、燃焼安定性に優れた拡散燃焼バーナを組み合わせた運用方法を採用する低ＮＯｘ燃焼器を持つガスタービンが増加している。
【０００３】
従来のガスタービン機関で予混合燃焼を実現するためのガスタービン機関の制御方法としては、例えば、特開平７−２８０２６７号公報に記載されているように、低ＮＯｘ燃焼器では燃焼室上流側中心部に１つの拡散燃焼バーナを持ち、その周囲に環状の予混合燃焼バーナを有しており、その予混合燃焼バーナを円周方向に分割して複数の予混合燃焼バーナを形成すると共に、これら各バーナに燃料を供給するための複数の燃料供給系統を有し、ガスタービンの出力に応じて作動させる予混合燃焼バーナの数を制御するものが知られている。また、特開平５−１９５８２２号公報に記載されているように、出力に対応して燃料を供給する燃料ノズルの本数を制御することが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ガスタービン発電設備における送電系統の事故などによる負荷遮断／系統遮断発生時に際しては、ガスタービンは無負荷定格速度あるいは系統単独運転用所定負荷まで出力を急減させ、自発電設備の電力系統を保護するとともに、系統事故の復旧までの時間中待機運転させることで復旧後の給電指令に対応可能な状態とされる。ガスタービンにおける燃料制御装置では、負荷の急激な減少に対する燃料制御の追従遅れによって起こるガスタービンの過速度防止を目的として、ガスタービンの速度，加速度あるいは出力を制御する主燃料指令値を急速に減少させ、かつ前記主燃料指令値により、ガスタービンに供給する燃料流量を予め定められた火炎保持可能な燃料流量に相当する最小燃料流量以上となるように制御する。その後無負荷定格速度あるいは系統単独運転用所定負荷を目標値としてガスタービンの速度あるいは出力を監視しながらガスタービンに供給する燃料流量を制御する。
【０００５】
しかし、特開平７−２８０２６７号公報に記載されている制御方法では、燃焼器の内、１つの燃料系統のみ持つ場合か、１つの拡散燃料系統と１つの予混合燃料系統のみ持ち、点火から低負荷は拡散燃焼のみ、高負荷時に拡散燃焼と予混合燃焼を行う低ＮＯｘ燃焼器にのみ適合し、上述したような複数の予混合燃料系統と予混合燃焼バーナを持つ低ＮＯｘ燃焼器には適合しないという問題があることが判明した。
【０００６】
つまり、幅広い運用範囲での低ＮＯｘ化を目的として、起動時および全負荷帯で拡散燃焼と予混合燃焼を行う運用とするため、負荷遮断／系統遮断発生時にも低ＮＯｘ化を目的として予め定められた予混合燃焼用燃料供給系統の燃料は遮断せず、該燃料供給系統の燃料流量を制御する燃料指令値によって予混合燃焼を継続して行うように制御し、また、燃焼安定化を目的として、拡散燃焼用燃料供給系統の燃料も遮断せず、燃料供給系統の燃料流量を制御する燃料指令値によって拡散燃焼も継続して行うように制御する。しかし、この従来の制御方法では、主燃料指令値によってガスタービンに供給される燃料流量が決定された後、燃料流量から各燃料供給系統に供給する燃料流量を配分するため、火炎保持に必要とする予混合燃焼用燃料流量と拡散燃焼用燃料流量の合計流量に対して、主燃料指令値によって決定される最小燃料流量が少なく設定される条件が生じ、拡散燃焼部および予混合燃焼部での燃料流量不足による火炎喪失が発生する可能性があった。さらに、急速な負荷変化に伴うガスタービンの吸込空気流量の急速かつ多量な変化によって、拡散燃焼に比べ燃焼安定性の低い予混合燃焼部に空気流量過多による火炎喪失，あるいは空気流量過少による燃焼器内部過熱が発生する可能性を有し、ガスタービンの運用上問題があった。
【０００７】
負荷遮断あるいは系統遮断が発生した場合の無負荷定格速度あるいは系統単独運転用所定負荷を目標としたガスタービン運転状態の急変により、燃焼への入力条件である空気系統及び燃料供給系統の制御量も急変するが、この過渡的な変化に対する燃焼安定化と低ＮＯｘ化を両立させるために、適切な運転制御はガスタービンの運用性を高めるためには重要である。
【０００８】
本発明の目的は、運用性の向上を図ることができるガスタービンの燃料制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する一つの拡散燃焼用燃料系統および複数の予混合燃焼用燃料系統に供給する燃料流量を制御するとともに、ガスタービンにより駆動される発電機を備えたガスタービン発電設備での負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したときは、火炎保持可能な最小燃料流量以上となるように拡散燃焼用燃料系統の燃料流量を制御し、かつ上記複数の予混合燃焼用燃料系統の内、予め定められた予混合燃焼用燃料系統の予混合燃焼を継続して行うように制御するガスタービン燃料制御装置において、負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したときに、上記複数の予混合燃焼用燃料系統の内、予め定められた予混合燃焼用燃料系統の燃料流量を予め定められた火炎保持可能な第１の最小燃料流量に第１の有効時間だけ設定し、上記拡散燃焼用燃料系統の燃料流量を予め定められた火炎保持可能な第２の最小燃料流量に第２の有効時間だけ設定するようにしたものである。
かかる構成により、負荷遮断等の負荷指令の急変が生じた場合であっても、拡散燃焼用燃料供給系統及び予混合燃焼用燃料供給系統それぞれについて最適な燃料流量を設定可能となり、過渡的な燃焼条件時に発生しやすい燃料不足による火炎喪失を防止して、運用性を向上し得るものとなる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記第１の有効時間及び第２の有効時間中は、ガスタービンの速度，加速度および出力を制御する主燃料指令値よりも、上記第１の最小燃料流量の燃料指令値と第２の最小燃料流量の燃料指令値を優先して制御するようにしたものである。
かかる構成により、負荷指令の急変に際し、火炎保持に必要とする予混合燃焼用燃料流量と拡散燃焼用燃料流量を設定し供給することが可能となり、最適な燃焼状態の継続が可能となる。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したときに、圧縮機入口案内翼開度に応じて予め設定された予混合燃焼用燃料指令値バイアス量を、予混合燃焼用燃料指令値に加算するようにしたものである。
かかる構成により、急速な負荷変化に伴うガスタービンの吸込空気流量の急速かつ多量な変化が生じた場合であっても、圧縮機入口案内翼開度に応じた最適な燃料流量を決定し供給することで、予混合燃焼部における空気流量過多による火炎喪失あるいは空気流量過少による燃焼器内部過熱を防止し得るものとなる。
【００１２】
（４）上記（１）において、好ましくは、負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したときに、予め設定された圧縮機入口案内翼開度の場合には、燃焼器上流部からの抽気を行うための抽気弁を開いて、燃焼器上流部からの抽気を行うようにしたものである。
かかる構成により、急速な負荷変化発生時にガスタービンの圧縮機入口案内翼開度に影響される燃焼器へ流入する燃焼用空気流量を適切な条件で減少させることが可能となり、圧縮機入口案内翼開度が大の場合は抽気を行うことにより過剰な燃焼用空気流量の流入を防止することで空気流量過多による火炎喪失を防止できる。また前記圧縮機入口案内翼開度が低い場合は抽気を行わないことにより空気流量過少による燃焼器内部過熱を防止し得るものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を用いて、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いるガスタービン発電設備の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いるガスタービン発電設備の構成を示すシステム構成図である。
【００１４】
ガスタービンは、圧縮機１で空気を圧縮し、燃焼器２で燃料を投入，燃焼させ、タービン３を燃焼ガスにより駆動する。圧縮機入口案内翼４は、圧縮機１の吸込み空気流量を調節する機構である。発電機５は、タービン３によって駆動され、発電する。さらに、発電機で発生した電力を送る送電系統６には、発電機遮断器１１や系統遮断器１２が接続されている。発電機遮断器１１の開閉状態は、開閉検出信号１３として検出され、燃料制御装置２０に入力する。系統遮断器１２の開閉状態は、開閉検出信号１４として検出され、燃料制御装置２０に入力する。
【００１５】
ガスタービンには、通常、複数缶の燃焼器が設置されているが、図１には、その一つの缶の燃焼器２のみを示している。燃焼器２の内部上流側には、複数の燃焼バーナが設置されている。拡散燃焼用バーナ７（Ｆ１バーナ）は、燃焼器軸方向中心位置に設置され、１系統配置されている。また、拡散燃焼用バーナ７（Ｆ１バーナ）の周囲には、４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ，…，８ｄ（Ｆ２−１バーナ，…，Ｆ２−４バーナ）が配置されている。即ち、本実施形態の例では、１つの缶の燃焼器に対して、全５系統のバーナが設置されている。
【００１６】
他の燃焼器も同様の構成である。例えば、他の燃焼器は、１系統の拡散燃焼用バーナ７’（Ｆ１’バーナ）と、４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ’，…，８ｄ’（Ｆ２−１’バーナ，…，Ｆ２−４’バーナ）を備えている。
【００１７】
燃料供給経路は、基燃料供給系統１９Ａと、母燃料供給系統１９Ｂと、子燃料供給系統１９Ｃを備えている。基燃料供給系統１９Ａには、圧力調整弁９（ＳＲＶ）が備えられ、母燃料供給系統１９Ｂに接続されている。母燃料供給系統１９Ｂは、基燃料供給系統１９Ａから分岐しており、５系統備えている。５系統の母燃料供給系統１９Ｂには、それぞれ、Ｆ１，Ｆ２−１，…，Ｆ２−４流量調節弁１０ａ，…，１０ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４ＧＣＶ）が備えられる。母燃料供給系統１９Ｂには、それぞれ、マニホールドを介して、燃焼器の缶数分の複数の子燃料供給系統１９Ｃが接続されている。
【００１８】
燃料制御装置２０は、圧力調整弁９（ＳＲＶ）及びＦ１，Ｆ２−１，…，Ｆ２−４流量調節弁１０ａ，…，１０ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４ＧＣＶ）を制御して、各バーナＦ１バーナ，Ｆ２−１バーナ，…，Ｆ２−４バーナ，Ｆ１’バーナ，Ｆ２−１’バーナ，…，Ｆ２−４’バーナ，…への燃料流量を増減制御する。
【００１９】
燃料制御装置２０は、給電指令値と発電機出力のフィードバック値１５を比較し、タービン速度フィードバック値１６、排気温度フィードバック値１７などの運転状態量を監視しながら、主燃料指令値を出力し、この主燃料指令値によって決まる燃料流量を変化させることにより、発電機出力が所定の値となるように制御する。主燃料指令値は、予め定められた運転負荷に応じた燃料流量を投入することを目的として５つの燃料指令値１８ａ，…，１８ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値）に分割され、５つの燃料指令値１８ａ，…，１８ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値）は、それぞれ対応する５つの母燃料供給系統に備えられたＧＣＶ１０ａ，…，１０ｅを駆動し、各母燃料供給系統の燃料流量を調節する。
【００２０】
次に、図２を用いて、本実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いたガスタービンの昇速中のガスタービン用燃焼器の運転方法について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いたガスタービンの昇速中のガスタービン用燃焼器の運転方法の説明図である。
【００２１】
図２において、横軸は、ガスタービン速度および負荷を示しており、縦軸は、燃焼器より発生するＮＯｘ濃度および各バーナに供給される燃料流量を示している。
図２に示すように、通常運転時は、ガスタービン負荷の上昇に応じて、点火される燃焼バーナの個数を切替える負荷（燃料切替点）が定められている。図中に示した燃料切替点は、予混合燃料系統の数と同数，つまり、４段階となっている。ガスタービン昇速中は、拡散燃焼用バーナ（Ｆ１バーナ）のみに燃料を供給し、無負荷定格速度到達前に１段目の予混合燃焼バーナ（Ｆ２−１バーナ）に点火し、その投入燃料分のＦ１燃料を減少させる。この動作によりＮＯｘは低下するが、負荷上昇に伴い燃空比が上昇するため、ＮＯｘは再び上昇する。２段目の予混合燃焼開始負荷では、Ｆ１バーナおよびＦ２−１バーナへの燃料供給量を減少させ、その減少分をＦ２−２バーナに投入する。以下このようにしてＦ２−３バーナ，Ｆ２−４バーナに点火していき、４段目以降の高負荷では、全燃料系統を作動させて定格負荷まで上昇する。各バーナへの燃料供給量は、Ｆ１，Ｆ２−１，…，Ｆ２−４流量調節弁１０ａ，…，１０ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４ＧＣＶ）の弁開度を調整することによって、調整される。
図２に示した切替方法を用いることにより、予混合燃焼を行う負荷範囲を広くすることで、幅広い運用範囲での低ＮＯｘ化を可能としている。
【００２２】
次に、図３を用いて、本実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の制御方法について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の制御方法を示すタイムチャートである。
【００２３】
送電系統に事故などが発生した場合、自ガスタービン発電設備内の電力系統を保護すること、さらに事故復旧後の速やかな電力供給に備えること、これらを目的としてガスタービンを系統から切り離し、待機運転させる。
【００２４】
図３において、横軸は時間を示し、縦軸の（Ａ）は遮断器開閉信号を示し、（Ｂ）はガスタービン速度を示し、（Ｃ）は主燃料指令値を示し、（Ｄ）はガスタービン排気温度を示し、（Ｅ）は圧縮機入口案内翼開度を示し、（Ｆ）は燃空比を示している。
【００２５】
遮断発生前は、図３（Ｃ）に示すように、主燃料指令値ａ００で負荷運転中であり、図３（Ａ）に示すように、遮断器は“閉“となっている。
【００２６】
時刻ｔ００において、図３（Ａ）に示すように、遮断器が”開“になると、まずガスタービン負荷が消滅する一方で負荷遮断前運転時の燃料が燃焼器に流入し燃焼するため、図３（Ｂ）に示すように、ガスタービン速度が上昇する。この速度上昇が検出されると、速度上昇を抑制するため、図３（Ｃ）に示すように、主燃料指令値が火炎保持可能な最小燃料指令値ａ０１に設定され、燃料流量が急激に絞り込まれる。この燃料絞り込みにより、図３（Ｄ）に示すように、排気温度は低下し、図３（Ｅ）に示すように、入口案内翼開度は排気温度を制御するために減少し、空気流量を絞り込む。
【００２７】
時刻ｔ０１ａは、ガスタービン速度上昇が最大となる時刻であり、その後定格速度で整定するように、燃料流量が調節される。
【００２８】
時刻ｔ０１ｂは、入口案内翼が排気温度制御最低開度に到達する時間であり、これ以後の空気流量はほぼ変化しないものである。
【００２９】
時刻ｔ０２は、ガスタービン速度が整定する時刻であり、図３（Ｃ）に示すように、主燃料指令値はａ０２で整定するため、負荷遮断時の燃焼条件の変動はこれ以後は考慮しなくともよくなる。主燃料指令値は、燃空比が火炎喪失領域に入らないよう予め設定された最小燃料指令値ａ０１によって燃料流量下限が設定されており、燃料流量急減および空気流量の変動に耐えうる値に制御される。この負荷遮断発生時には、図２に示した無負荷定格速度で運転されるため、５つの母燃料供給系統の内、Ｆ２−２〜Ｆ２−４系統の燃料は遮断され、Ｆ１系統とＦ２−１系統にのみ燃料が供給される。
【００３０】
ここで、図４を用いて、参考までに、通常運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して出力した場合の燃焼器の制御状態について説明する。
図４は、参考例として、通常運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して、出力した場合の燃焼器の制御状態を示すタイムチャートである。
【００３１】
図４の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）はＦ１燃料指令値を示し、（Ｂ）はＦ２−１燃料指令値を示し、（Ｃ）はＦ２−２／Ｆ２−３／Ｆ２−４燃料指令値を示し、（Ｄ）はＦ１燃空比を示し、（Ｅ）はＦ２−１燃空比を示し、（Ｆ）はＦ２−２／Ｆ２−３／Ｆ２−４燃空比を示している。
【００３２】
時刻ｔ００に遮断が発生すると、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｆ１燃料指令値およびＦ２−１燃料指令値は、遮断前の指令値ｂ００，ｃ００から、図３で示した最小燃料指令値ａ０１を基に図２で示した通常運転時と同じ割合で、燃料指令値ｂ０１，ｃ０１に分割される。
【００３３】
ここで、図５を用いて、最小燃料運転時の燃料減少割合の概念について説明する。
図５は、参考例としての通常運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して出力した場合における最小燃料運転時の燃料減少割合の説明図である。
【００３４】
通常運転時の主燃料流量を「１」とし、その際の最小燃料流量を「α」、Ｆ１燃料流量比率を「β」、Ｆ２−１燃料流量比率を「１−β」とした場合、最小燃料での運転中でもＦ１、Ｆ２−１燃料流量は通常運転時と同じ比率となるように制御され、かつ全体量がα％の割合に減少するため、Ｆ１、Ｆ２−１燃料流量はともにα％の割合で減少することになる。
【００３５】
再び、図４において、時刻ｔ０２において、燃料指令値ｂ０２，ｃ０２の値となり、整定する。
Ｆ２−２〜Ｆ２−４燃料指令値は、図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ００において、「０」となり、これらの系統の燃料は遮断される。
【００３６】
この従来の制御方法では、図４（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）に示すように、最小燃料指令値による運転中に、Ｆ１バーナまたはＦ２−１バーナ部の燃空比がｅ０１またはｇ０１に到達し、火炎喪失領域に入る可能性があるという問題点がある。
【００３７】
次に、図６を用いて、本実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の制御方法について説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の制御方法を示すタイムチャートである。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００３８】
図６の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）はＦ１燃料指令値を示し、（Ｂ）はＦ１燃空比を示し、（Ｃ）はＦ２−１燃料指令値を示し、（Ｄ）はＦ２−１燃空比を示している。
【００３９】
図６（Ａ），（Ｃ）に示すように、燃料制御装置２０は、Ｆ１，Ｆ２−１燃料指令値に対して、個別の最小燃料指令値ｂ０３，ｃ０３を新たに設定する。最小燃料指令値ｂ０３，ｃ０３を設定することにより、図６（Ｂ），（Ｄ）に示すように、燃料制御装置２０は、Ｆ１，Ｆ２−１バーナ部の燃空比最低値をＦ１，Ｆ２−１燃空比ｅ０１，ｇ０１から、火炎喪失領域より高いＦ１，Ｆ２−１燃空比ｅ０３，ｇ０３の値となる様に各燃料系統について個別に制御して、負荷遮断時における火炎喪失を防止することができる。
【００４０】
また同時に、ガスタービンの速度整定のため、図６（Ｂ），（Ｄ）に示すように、燃料制御装置２０は、Ｆ１，Ｆ２−１燃料指令値に対する個別の最小燃料指令値ｂ０３，ｃ０３の有効時間Ｔ０１，Ｔ０２を、タイマに設定する。
【００４１】
この場合、タイマＴ０１，Ｔ０２によって、Ｆ１，Ｆ２−１燃料指令値の合計が主燃料指令値を超過する時間帯が生じるが、タイマの有効時間帯はＦ１，Ｆ２−１最小燃料指令値を優先して選択する。これにより、適切な運転制御を提供できる。
【００４２】
以上のようにすることにより、負荷遮断／系統遮断発生時の過渡的な運転状態変化に対する燃焼安定化と低ＮＯｘ化の両立が可能となり、適切な運転制御によりガスタービンの運用性を高めることができる。
【００４３】
次に、図７及び図８を用いて、本実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第２の制御方法について説明する。図７は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第２の制御方法における圧縮機入口案内翼開度に対するＦ２−１燃料指令値バイアス量の説明図である。図８は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第２の制御方法を示すタイムチャートである。なお、図４，図６と同一符号は、同一部分を示している。
【００４４】
負荷遮断／系統遮断発生時には、投入燃料流量減少に伴う排気温度の低下に追従して圧縮機入口案内翼開度も減少するが、圧縮機入口案内翼開度の減少は、制御フィードバック系統における遅れ時間を保有するため、圧縮機入口案内翼開度が過大である時間，つまり、燃焼用空気流量が過剰である時間帯が生じる。燃焼用空気流量過剰現象は、燃空比を低下させるため、特に拡散燃焼に比較して燃焼安定性の低い予混合燃焼を行うＦ２−１燃料系統の燃料供給量を制御するＦ２−１燃料指令値に対して、この圧縮機入口案内翼開度過大による空気流量過剰分に相当する燃料流量補正を行い、燃空比低下を抑制するようにしている。
【００４５】
図７は、燃料制御装置２０内に、圧縮機入口案内翼開度に対して予め設定されているＦ２−１燃料指令値バイアス量を示している。図示するように、圧縮機入口案内翼開度がｉ０５以下ではＦ２−１燃料指令値バイアス量は０とし、一方、圧縮機入口案内翼開度がｉ０４以上ではＦ２−１燃料指令値バイアス量はｊ０４としている。また、圧縮機入口案内翼開度がｉ０５〜ｉ０４までは、Ｆ２−１燃料指令値バイアス量は、０〜ｊ０４まで直線的に変化するようにしている。
【００４６】
図８の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）はタービン速度を示し、（Ｂ）は入口案内翼開度を示し、（Ｃ）はＦ２−１燃料指令値を示し、（Ｄ）はＦ２−１燃空比を示している。
【００４７】
図８（Ｂ）に示すように、燃料制御装置２０は、負荷遮断器／系統遮断器の開信号の時刻ｔ００から、入口案内翼開度がｉ０４からｉ０５に変化した場合、図８（Ｃ）に示すように、Ｆ２−１燃料指令値バイアス量ｊ０４をＦ２−１燃料指令値ｉ０１に加算する。これによって、図８（Ｄ）に示すように、燃料制御装置２０は、Ｆ２−１バーナ部の燃空比最低値は、ｇ０１から火炎喪失領域より高いｇ０４の値となるように、Ｆ２−１燃料系統について燃料流量を制御する。この結果、負荷遮断時における火炎喪失を防止することが可能となり、ガスタービンの運用性を高めることができる。
【００４８】
次に、図９及び図１０を用いて、本実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第３の制御方法について説明する。
図９は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第３の制御方法における抽気弁の開閉条件の説明図である。図１０は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第３の制御方法を示すタイムチャートである。なお、図４，図６，図８と同一符号は、同一部分を示している。
【００４９】
圧縮機入口案内翼開度過大による空気流量過剰状態において、燃料流量制御系統側からの燃空比制御だけでなく、燃焼用空気流量の制御系統側からの燃空比制御手段としては、燃焼器をバイパスさせる燃焼器上流側からの抽気系統が使用できる。主な抽気系統としては、多段圧縮機途中に位置する圧縮機抽気弁や、圧縮機出口部に位置する車室抽気弁等が使用可能である。
【００５０】
図９は、圧縮機入口案内翼開度に対する抽気弁の開閉条件を示している。すなわち、燃料制御装置２０は、入口案内翼開度がｉ０６以下の場合には、抽気弁開度を全閉とし、入口案内翼開度がｉ０６以上の場合には、抽気弁開度を全開とする。抽気弁の制御は全開と全閉のみであり、中間開度では使用しないものである。燃料制御装置２０は、遮断発生時に、圧縮機入口案内翼開度がｉ０６以上の場合に、抽気弁は全開となるように開閉条件を判定する。
【００５１】
図１０の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）は抽気弁開度を示し、（Ｂ）は入口案内翼開度を示し、（Ｃ）はＦ２−１燃料指令値を示し、（Ｄ）はＦ２−１燃空比を示している。
【００５２】
図１０（Ｂ）に示すように、燃料制御装置２０が、時刻ｔ００に、負荷遮断を検出し、圧縮機入口案内翼開度がｉ０６以上であることを検出すると、図１０（Ａ）に示すように、抽気弁を全開とする。その後、図１０（Ｂ）に示すように、時刻ｔ０６に、圧縮機入口案内翼開度がｉ０６以下となると、燃料制御装置２０は、図１０（Ａ）に示すように、抽気弁は全閉とする。
【００５３】
これにより、ガスタービンの圧縮機入口案内翼開度に影響される燃焼用空気流量を適切な条件で減少させ燃空比を上昇させることが可能となる。その結果、圧縮機入口案内翼開度がｉ０６以上である時間中は、図１０（Ｄ）に示すように、Ｆ２−１バーナ部の燃空比は、火炎喪失領域より高いｇ０６からｇ０６’の値で推移する。したがって、空気流量過多による火炎喪失を防止できるとともに、圧縮機入口案内翼開度が低い場合は抽気を行わないことで、空気流量過少による燃焼器内部過熱を防止でき、負荷遮断／系統遮断時の燃焼安定性を確保することでガスタービンの運用性を高めることができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、負荷遮断／系統遮断発生時の燃焼器の燃焼安定化と低ＮＯｘ化を両立させ、適切な運転制御によりガスタービンの運用性を高めることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービンの運用性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いるガスタービン発電設備の構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いたガスタービンの昇速中のガスタービン用燃焼器の運転方法の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の制御方法を示すタイムチャートである。
【図４】参考例として、通常運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して、出力した場合の燃焼器の制御状態を示すタイムチャートである。
【図５】参考例としての通常運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して出力した場合における最小燃料運転時の燃料減少割合の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の制御方法を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第２の制御方法における圧縮機入口案内翼開度に対するＦ２−１燃料指令値バイアス量の説明図である。
【図８】発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第２の制御方法を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第３の制御方法における抽気弁の開閉条件の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第３の制御方法を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…圧縮機
２…燃焼器
３…タービン
４…圧縮機入口案内翼
５…発電機
６…送電系統
７…拡散燃焼用バーナ
８ａ，…，８ｄ…予混合燃焼用バーナ
９…圧力調整弁
１０ａ，…，１０ｅ…流量調節弁
１１…発電機遮断器
１２…系統遮断器
２０…燃料制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel control device for a gas turbine power generation facility having a combustor that performs diffusion combustion and premixed combustion by controlling a plurality of fuel supply systems, and more particularly, combustion stability of a combustor when a load interruption, a system interruption occurs, or the like. The present invention relates to a gas turbine fuel control apparatus suitable for ensuring the performance.
[0002]
[Prior art]
The nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas of the gas turbine is mainly nitrogen (N) contained in the combustion air. ₂ ) Is generated by reacting with hot combustion gas inside the combustor. Diffusion combustion is excellent in combustion stability when fluctuations occur in the input conditions of the combustor, such as fuel concentration, calorific value, flow rate, and temperature, but NOx is likely to be generated from the local high-temperature part of the combustion gas. Is. Premixed combustion, on the other hand, has a narrower range of stable combustion than diffusion combustion, but it has the characteristic of suppressing the generation of local high-temperature parts of combustion gas, so it can reduce NOx. Become. Due to the increasing demand for NOx reduction due to NOx emission regulations in recent years, it has a low NOx combustor that employs an operation method that combines a premixed combustion burner that contributes to NOx reduction and a diffusion combustion burner with excellent combustion stability. Gas turbines are increasing.
[0003]
As a control method of a gas turbine engine for realizing premixed combustion in a conventional gas turbine engine, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-280267, the center of the combustion chamber upstream side is described in a low NOx combustor. The unit has one diffusion combustion burner and an annular premixed combustion burner around it, and the premixed combustion burner is divided in the circumferential direction to form a plurality of premixed combustion burners. It is known to have a plurality of fuel supply systems for supplying fuel to each burner and to control the number of premixed combustion burners that are operated according to the output of the gas turbine. Further, as described in JP-A-5-195822, it is known to control the number of fuel nozzles that supply fuel in accordance with the output.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Here, when a load interruption / system interruption occurs due to an accident in the power transmission system in the gas turbine power generation facility, the gas turbine suddenly reduces the output to the rated load for no-load rated speed or system independent operation, and the power system of the own power generation facility In addition to protecting the system, it is possible to respond to the power supply command after the recovery by performing a standby operation during the time until the recovery of the system fault. In a fuel control system for a gas turbine, the main fuel command value that controls the speed, acceleration, or output of the gas turbine is rapidly reduced in order to prevent overspeeding of the gas turbine caused by delay in the follow-up of the fuel control to a sudden decrease in load. In addition, the flow rate of fuel supplied to the gas turbine is controlled to be equal to or higher than a predetermined minimum fuel flow rate corresponding to a fuel flow rate capable of holding a flame according to the main fuel command value. Thereafter, the flow rate of fuel supplied to the gas turbine is controlled while monitoring the speed or output of the gas turbine with the no-load rated speed or the predetermined load for system independent operation as a target value.
[0005]
However, in the control method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-280267, only one fuel system is included in the combustor, or only one diffusion fuel system and one premixed fuel system are provided. Load is only for diffusion combustion, only for low NOx combustors that perform diffusion combustion and premixed combustion at high loads, and for low NOx combustors with multiple premixed fuel systems and premixed combustion burners as described above It turns out that there is a problem of not.
[0006]
In other words, for the purpose of reducing NOx over a wide range of operation, in order to use diffuse combustion and premixed combustion at startup and in the full load range, it is determined in advance for the purpose of reducing NOx even when load interruption / system interruption occurs. The fuel in the premixed combustion fuel supply system is not shut off, and is controlled so as to continue premixed combustion according to the fuel command value for controlling the fuel flow rate of the fuel supply system, and also for the purpose of stabilizing the combustion As described above, the fuel in the diffusion combustion fuel supply system is not shut off, and the diffusion combustion is controlled to be continued by the fuel command value for controlling the fuel flow rate in the fuel supply system. However, in this conventional control method, after the fuel flow rate to be supplied to the gas turbine is determined by the main fuel command value, the fuel flow rate to be supplied to each fuel supply system is distributed from the fuel flow rate. The condition that the minimum fuel flow determined by the main fuel command value is set to be smaller than the total flow of the premixed combustion fuel flow and the diffusion combustion fuel flow is generated. Flame loss due to insufficient fuel flow could occur. In addition, due to rapid and large changes in the intake air flow rate of the gas turbine accompanying rapid load changes, the premixed combustion section, which has lower combustion stability than diffusion combustion, loses flame due to excessive air flow rate, or a combustor due to excessive air flow rate. There was a possibility of internal overheating, and there was a problem in the operation of the gas turbine.
[0007]
Due to a sudden change in the gas turbine operation state that targets the no-load rated speed or the predetermined load for system independent operation when load interruption or system interruption occurs, the control amount of the air system and fuel supply system that are the input conditions to combustion also increases Although it changes suddenly, in order to achieve both combustion stabilization against this transient change and reduction in NOx, appropriate operation control is important for improving the operability of the gas turbine.
[0008]
The objective of this invention is providing the fuel control apparatus of the gas turbine which can aim at the improvement of operativity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention controls the flow rate of fuel supplied to one diffusion combustion fuel system for supplying fuel to a gas turbine combustor and a plurality of premixed combustion fuel systems, When a load interruption or interruption from the power transmission system occurs in a gas turbine power generation facility equipped with a generator driven by a gas turbine The fire Control the fuel flow rate of the diffusion combustion fuel system so that it is above the minimum fuel flow rate that can hold the flame, and Of the plurality of premixed combustion fuel systems, In a gas turbine fuel control device that controls to continuously perform premixed combustion of a predetermined premixed combustion fuel system, when load interruption or interruption from the power transmission system occurs, Of the plurality of premixed combustion fuel systems, The fuel flow rate of the predetermined premixed combustion fuel system is predetermined. Flame holding The first minimum fuel flow rate is set for the first effective time, and the fuel flow rate of the diffusion combustion fuel system is determined in advance. Flame holding The second minimum fuel flow rate is set for the second effective time.
This configuration makes it possible to set the optimal fuel flow rate for each of the diffusion combustion fuel supply system and the premixed combustion fuel supply system even when a sudden change in load command such as load interruption occurs. This makes it possible to improve the operability by preventing the loss of flame due to the shortage of fuel that is likely to occur during conditions.
[0010]
(2) In the above (1), preferably, during the first effective time and the second effective time, the first minimum value is greater than the main fuel command value for controlling the speed, acceleration, and output of the gas turbine. The fuel command value for the fuel flow rate and the fuel command value for the second minimum fuel flow rate are preferentially controlled.
With such a configuration, it is possible to set and supply the premixed combustion fuel flow rate and the diffusion combustion fuel flow rate required for holding the flame when the load command changes suddenly, and the optimum combustion state can be continued.
[0011]
(3) In the above (1), preferably, when a load interruption or interruption from the power transmission system occurs, a pre-combustion combustion fuel command value bias amount set in advance according to the compressor inlet guide blade opening is set. The value is added to the fuel command value for premixed combustion.
With this configuration, even when a rapid and large change in the intake air flow rate of the gas turbine due to a rapid load change occurs, the optimum fuel flow rate is determined and supplied in accordance with the compressor inlet guide blade opening degree. This makes it possible to prevent flame loss due to excessive air flow in the premixed combustion section or overheating of the combustor due to excessive air flow.
[0012]
(4) In the above (1), preferably, when a load interruption or interruption from the power transmission system occurs, if the compressor inlet guide vane opening degree is set in advance, bleed from the upstream portion of the combustor is performed. The bleed valve for performing is opened, and bleed from the upstream part of the combustor is performed.
With this configuration, it is possible to reduce the flow rate of combustion air flowing into the combustor affected by the compressor inlet guide vane opening degree of the gas turbine when a rapid load change occurs under appropriate conditions. When the opening degree is large, it is possible to prevent flame loss due to excessive air flow by preventing the inflow of excessive combustion air flow by performing extraction. Further, when the compressor inlet guide vane opening degree is low, overheating inside the combustor due to an excessive air flow rate can be prevented by not performing extraction.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operation of a gas turbine fuel control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of the gas turbine power generation facility using the gas turbine fuel control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of a gas turbine power generation facility using a gas turbine fuel control apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0014]
In the gas turbine, air is compressed by the compressor 1, fuel is input and burned by the combustor 2, and the turbine 3 is driven by the combustion gas. The compressor inlet guide vane 4 is a mechanism that adjusts the intake air flow rate of the compressor 1. The generator 5 is driven by the turbine 3 to generate power. Furthermore, a generator breaker 11 and a system breaker 12 are connected to the power transmission system 6 that sends the power generated by the generator. The open / close state of the generator breaker 11 is detected as an open / close detection signal 13 and input to the fuel control device 20. The open / close state of the system breaker 12 is detected as an open / close detection signal 14 and is input to the fuel control device 20.
[0015]
A gas turbine is usually provided with a multi-can combustor. FIG. 1 shows only the single-can combustor 2. A plurality of combustion burners are installed on the upstream side of the combustor 2. The diffusion combustion burner 7 (F1 burner) is installed at the center position in the combustor axial direction, and one system is arranged. Further, four systems of premixed combustion burners 8a,..., 8d (F2-1 burner,..., F2-4 burner) are arranged around the diffusion combustion burner 7 (F1 burner). That is, in the example of this embodiment, a total of five burners are installed for one can combustor.
[0016]
Other combustors have the same configuration. For example, the other combustors include one system of diffusion burner 7 '(F1' burner) and four systems of premixed combustion burners 8a ', ..., 8d' (F2-1 'burners, ..., F2- 4 'burner).
[0017]
The fuel supply path includes a base fuel supply system 19A, a mother fuel supply system 19B, and a child fuel supply system 19C. The base fuel supply system 19A includes a pressure regulating valve 9 (SRV) and is connected to the mother fuel supply system 19B. The mother fuel supply system 19B is branched from the base fuel supply system 19A and includes five systems. F5, F2-1,..., F2-4 flow rate control valves 10a,..., 10e (F1, F2-1 to F2-4GCV) are provided in each of the five mother fuel supply systems 19B. A plurality of child fuel supply systems 19C corresponding to the number of cans of the combustors are connected to the mother fuel supply system 19B through manifolds.
[0018]
The fuel control device 20 controls the pressure regulating valve 9 (SRV) and F1, F2-1, ..., F2-4 flow rate regulating valves 10a, ..., 10e (F1, F2-1 to F2-4GCV), Burner F1 burner, F2-1 burner,..., F2-4 burner, F1 ′ burner, F2-1 ′ burner,..., F2-4 ′ burner,.
[0019]
The fuel control device 20 compares the power supply command value with the generator output feedback value 15 and outputs the main fuel command value while monitoring the operating state quantities such as the turbine speed feedback value 16 and the exhaust gas temperature feedback value 17. By changing the fuel flow rate determined by the main fuel command value, the generator output is controlled to be a predetermined value. The main fuel command value is divided into five fuel command values 18a,..., 18e (F1, F2-1 to F2-4 fuel command values) for the purpose of introducing a fuel flow rate corresponding to a predetermined operating load. The fuel command values 18a, ..., 18e (F1, F2-1 to F2-4 fuel command values) drive the GCVs 10a, ..., 10e provided in the corresponding five mother fuel supply systems, respectively. Adjust the fuel flow rate of each mother fuel supply system.
[0020]
Next, the operation method of the gas turbine combustor during the acceleration of the gas turbine using the gas turbine fuel control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for operating a combustor for a gas turbine while the gas turbine is being accelerated using the gas turbine fuel control apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0021]
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the gas turbine speed and load, and the vertical axis indicates the NOx concentration generated from the combustor and the flow rate of fuel supplied to each burner.
As shown in FIG. 2, during normal operation, a load (fuel switching point) for switching the number of combustion burners to be ignited is determined in accordance with an increase in gas turbine load. The number of fuel switching points shown in the figure is the same as the number of premixed fuel systems, that is, four stages. During gas turbine acceleration, fuel is supplied only to the diffusion combustion burner (F1 burner), and the first premixed combustion burner (F2-1 burner) is ignited before reaching the no-load rated speed. Reduce F1 fuel for the minute. Although the NOx is reduced by this operation, the fuel-air ratio increases as the load increases, so that NOx increases again. At the second premixed combustion start load, the fuel supply amount to the F1 burner and the F2-1 burner is decreased, and the reduced amount is supplied to the F2-2 burner. Thereafter, the F2-3 burner and the F2-4 burner are ignited in this manner, and at the fourth and subsequent high loads, the entire fuel system is operated to increase to the rated load. The fuel supply amount to each burner is adjusted by adjusting the valve opening degree of F1, F2-1,..., F2-4 flow rate control valves 10a, ..., 10e (F1, F2-1 to F2-4GCV). Is done.
By using the switching method shown in FIG. 2, it is possible to reduce the NOx in a wide operation range by widening the load range in which the premixed combustion is performed.
[0022]
Next, a method for controlling the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a time chart illustrating a combustor control method when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to the embodiment of the present invention.
[0023]
If an accident occurs in the power transmission system, the power system in the gas turbine power generation facility is protected, and the power turbine is prepared for quick power supply after the accident is restored. Let
[0024]
In FIG. 3, the horizontal axis indicates time, the vertical axis (A) indicates the circuit breaker switching signal, (B) indicates the gas turbine speed, (C) indicates the main fuel command value, and (D) indicates The gas turbine exhaust temperature is shown, (E) shows the compressor inlet guide vane opening degree, and (F) shows the fuel-air ratio.
[0025]
Before the occurrence of the interruption, as shown in FIG. 3C, the load operation is being performed with the main fuel command value a00, and as shown in FIG. 3A, the breaker is “closed”.
[0026]
At time t00, as shown in FIG. 3 (A), when the circuit breaker is “open”, the gas turbine load disappears first, while the fuel during the operation before the load interruption flows into the combustor and burns. As shown in FIG. 3 (B), the gas turbine speed increases. When this speed increase is detected, in order to suppress the speed increase, as shown in FIG. 3C, the main fuel command value is set to the minimum fuel command value a01 that can hold the flame, and the fuel flow rate is rapidly reduced. It is. As shown in FIG. 3 (D), the exhaust temperature is reduced by this fuel narrowing down, and as shown in FIG. 3 (E), the inlet guide blade opening is decreased to control the exhaust temperature, and the air flow rate is reduced. Narrow down.
[0027]
Time t01a is the time at which the gas turbine speed rise is maximized, and then the fuel flow rate is adjusted so as to settle at the rated speed.
[0028]
Time t01b is the time for the inlet guide vane to reach the exhaust gas temperature control minimum opening, and the air flow rate thereafter does not change substantially.
[0029]
The time t02 is the time when the gas turbine speed is settled. As shown in FIG. 3C, the main fuel command value is settled at a02, so that the change in the combustion condition at the time of load interruption is not considered thereafter. Get better. The main fuel command value is set to a value that can withstand a sudden decrease in the fuel flow rate and fluctuations in the air flow rate because the fuel flow lower limit is set by a preset minimum fuel command value a01 so that the fuel-air ratio does not enter the flame loss region. Is done. When this load cut-off occurs, the engine is operated at the rated no-load speed shown in FIG. 2, so that the fuel in the F2-2 to F2-4 lines among the five mother fuel supply lines is cut off, and the F1 and F2-1 lines are cut off. Fuel is supplied only to the grid.
[0030]
Here, for reference, the control of the combustor when the main fuel command value is divided into the F1 fuel command value and the F2-1 to F2-4 fuel command values and output as in the normal operation for reference. The state will be described.
FIG. 4 shows, as a reference example, a time indicating the control state of the combustor when the main fuel command value is divided into the F1 fuel command value and the F2-1 to F2-4 fuel command values and output as in the normal operation. It is a chart.
[0031]
4, the horizontal axis indicates time, the vertical axis (A) indicates the F1 fuel command value, (B) indicates the F2-1 fuel command value, and (C) indicates F2-2 / F2-3 / F2−. 4 shows fuel command value, (D) shows F1 fuel-air ratio, (E) shows F2-1 fuel-air ratio, (F) shows F2-2 / F2-3 / F2-4 fuel-air ratio. Show.
[0032]
When a cutoff occurs at time t00, as shown in FIGS. 4A and 4B, the F1 fuel command value and the F2-1 fuel command value are shown in FIG. 3 from the command values b00 and c00 before the cutoff. Based on the minimum fuel command value a01, the fuel command values b01 and c01 are divided at the same rate as in the normal operation shown in FIG.
[0033]
Here, the concept of the fuel reduction rate during the minimum fuel operation will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows the fuel reduction ratio at the time of the minimum fuel operation when the main fuel command value is divided into the F1 fuel command value and the F2-1 to F2-4 fuel command values as in the normal operation as a reference example. It is explanatory drawing.
[0034]
When the main fuel flow rate during normal operation is “1”, the minimum fuel flow rate is “α”, the F1 fuel flow rate ratio is “β”, and the F2-1 fuel flow rate ratio is “1-β”, the minimum Even during operation with fuel, the F1 and F2-1 fuel flow rates are controlled to be the same ratio as during normal operation, and the total amount is reduced to a rate of α%, so both F1 and F2-1 fuel flow rates are α%. Will decrease at a rate of.
[0035]
In FIG. 4 again, at the time t02, the fuel command values b02 and c02 become values and are set.
The fuel command values F2-2 to F2-4 become “0” at time t00 as shown in FIG. 4C, and the fuel of these systems is shut off.
[0036]
In this conventional control method, as shown in FIGS. 4D, 4E, and 4F, the fuel-air ratio of the F1 burner or the F2-1 burner section is e01 or g01 during the operation with the minimum fuel command value. There is a problem in that it can reach the flame loss area.
[0037]
Next, a method for controlling the minimum fuel of the combustor at the time of occurrence of load interruption using the gas turbine fuel control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a time chart showing a method for controlling the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to one embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 4 indicate the same parts.
[0038]
6, the horizontal axis indicates time, the vertical axis (A) indicates the F1 fuel command value, (B) indicates the F1 fuel-air ratio, (C) indicates the F2-1 fuel command value, (D) Indicates F2-1 fuel-air ratio.
[0039]
As shown in FIGS. 6A and 6C, the fuel control device 20 newly sets individual minimum fuel command values b03 and c03 for the F1 and F2-1 fuel command values. By setting the minimum fuel command values b03 and c03, as shown in FIGS. 6B and 6D, the fuel control device 20 sets the minimum fuel-air ratio values of the F1 and F2-1 burner sections to F1 and F2. -1 fuel / air ratio e01, g01 to control F1 and F2-1 fuel / air ratio e03, g03 higher than the flame loss range, individually controlling each fuel system to prevent flame loss at load shut-off can do.
[0040]
At the same time, as shown in FIGS. 6 (B) and 6 (D), the fuel control device 20 sets the individual minimum fuel command values b03 and c03 for the F1 and F2-1 fuel command values in order to set the speed of the gas turbine. The valid times T01 and T02 are set in the timer.
[0041]
In this case, the timers T01 and T02 cause a time period in which the sum of the F1 and F2-1 fuel command values exceeds the main fuel command value, but the F1 and F2-1 minimum fuel command values have priority over the effective time zone of the timer. To select. Thereby, appropriate operation control can be provided.
[0042]
By doing as described above, it becomes possible to achieve both combustion stabilization and NOx reduction against a transient operating state change at the time of load interruption / system interruption, and improve operability of the gas turbine by appropriate operation control. it can.
[0043]
Next, a second control method for the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 shows an F2-1 fuel command value with respect to the compressor inlet guide vane opening degree in the second control method of the minimum combustor fuel at the time of occurrence of load interruption using the gas turbine fuel control device according to one embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the amount of bias. FIG. 8 is a time chart showing a second method for controlling the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to the embodiment of the present invention. 4 and 6 indicate the same parts.
[0044]
When load interruption / system interruption occurs, the compressor inlet guide vane opening also decreases following the decrease in the exhaust gas temperature accompanying the decrease in the input fuel flow rate. However, the decrease in the compressor inlet guide vane opening is delayed in the control feedback system. Since the time is reserved, a time when the compressor inlet guide blade opening is excessive, that is, a time zone when the combustion air flow rate is excessive occurs. In order to reduce the fuel-air ratio, the combustion air flow excess phenomenon causes the F2-1 fuel command to control the fuel supply amount of the F2-1 fuel system that performs premixed combustion with low combustion stability, particularly compared to diffusion combustion. The fuel flow rate correction corresponding to the excess air flow rate due to the excessive opening of the compressor inlet guide blade is performed on the value to suppress the decrease in the fuel-air ratio.
[0045]
FIG. 7 shows the F2-1 fuel command value bias amount preset in the fuel control device 20 with respect to the compressor inlet guide blade opening. As shown in the figure, when the compressor inlet guide blade opening is i05 or less, the F2-1 fuel command value bias amount is 0. On the other hand, when the compressor inlet guide blade opening is i04 or more, the F2-1 fuel command value bias amount is j04. In addition, the F2-1 fuel command value bias amount linearly changes from 0 to j04 until the compressor inlet guide vane opening degree is from i05 to i04.
[0046]
The horizontal axis of FIG. 8 indicates time, the vertical axis (A) indicates the turbine speed, (B) indicates the inlet guide blade opening, (C) indicates the F2-1 fuel command value, and (D) indicates F2-1 fuel-air ratio is shown.
[0047]
As shown in FIG. 8B, when the inlet guide blade opening degree changes from i04 to i05 from time t00 of the load breaker / system breaker open signal, the fuel control device 20 As shown, the F2-1 fuel command value bias amount j04 is added to the F2-1 fuel command value i01. As a result, as shown in FIG. 8D, the fuel control device 20 determines that the fuel-air ratio minimum value of the F2-1 burner portion is F2-1 so that the value of g04 is higher than the flame loss region from g01. Control the fuel flow rate for the fuel system. As a result, it is possible to prevent the loss of flame when the load is interrupted, and the operability of the gas turbine can be improved.
[0048]
Next, a third control method for the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
FIG. 9 is an explanatory diagram of the opening / closing conditions of the bleed valve in the third control method for the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 10 is a time chart showing a third control method for the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to the embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIGS. 4, 6, and 8 denote the same parts.
[0049]
In a state where the air flow rate is excessive due to excessive opening of the compressor inlet guide blade, not only the fuel / air ratio control from the fuel flow rate control system side but also the fuel / air ratio control means from the control system side of the combustion air flow rate is a combustor. It is possible to use an extraction system from the upstream side of the combustor that bypasses the air. As a main bleed system, a compressor bleed valve located in the middle of the multistage compressor, a vehicle bleed valve located at the compressor outlet, or the like can be used.
[0050]
FIG. 9 shows the opening / closing conditions of the bleed valve with respect to the compressor inlet guide vane opening degree. That is, when the inlet guide blade opening is i06 or less, the fuel control device 20 fully closes the extraction valve opening, and when the inlet guide blade opening is i06 or more, the fuel control device 20 opens the extraction valve opening fully. To do. The control of the bleed valve is only fully open and fully closed, and is not used at the intermediate opening. The fuel control device 20 determines the open / close condition so that the extraction valve is fully opened when the compressor inlet guide blade opening is i06 or more at the time of occurrence of the shut-off.
[0051]
10, the horizontal axis indicates time, the vertical axis (A) indicates the extraction valve opening, (B) indicates the inlet guide vane opening, (C) indicates the F2-1 fuel command value, (D ) Indicates the F2-1 fuel-air ratio.
[0052]
As shown in FIG. 10 (B), when the fuel control device 20 detects load shedding at time t00 and detects that the compressor inlet guide vane opening is i06 or more, it is shown in FIG. 10 (A). Thus, the extraction valve is fully opened. After that, as shown in FIG. 10B, when the compressor inlet guide vane opening becomes i06 or less at time t06, the fuel control device 20 fully closes the bleed valve as shown in FIG. And
[0053]
This makes it possible to reduce the combustion air flow rate affected by the compressor inlet guide vane opening degree of the gas turbine under appropriate conditions and increase the fuel-air ratio. As a result, during the time when the compressor inlet guide vane opening degree is i06 or more, as shown in FIG. 10 (D), the fuel-air ratio of the F2-1 burner portion is higher than the flame loss region from g06 to g06 ′. It changes by value. Therefore, flame loss due to excessive air flow can be prevented, and when the compressor inlet guide vane opening is low, by not performing bleed, it is possible to prevent overheating of the combustor due to excessive air flow, and at the time of load shutdown / system shutdown By ensuring the combustion stability, the operability of the gas turbine can be improved.
[0054]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to achieve both combustion stabilization of the combustor and low NOx at the time of occurrence of load interruption / system interruption, and improve operability of the gas turbine by appropriate operation control. .
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to improve the operability of the gas turbine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of a gas turbine power generation facility using a gas turbine fuel control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of operating a gas turbine combustor during gas turbine acceleration using a gas turbine fuel control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart showing a method for controlling a combustor when load interruption occurs using a gas turbine fuel control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows, as a reference example, a time indicating a control state of a combustor when a main fuel command value is divided into an F1 fuel command value and F2-1 to F2-4 fuel command values as in normal operation and output. It is a chart.
FIG. 5 shows the fuel reduction ratio at the time of the minimum fuel operation when the main fuel command value is divided into the F1 fuel command value and the F2-1 to F2-4 fuel command values as in the normal operation as a reference example. It is explanatory drawing.
FIG. 6 is a time chart showing a method for controlling the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an F2-1 fuel command value with respect to the compressor inlet guide blade opening degree in the second control method of the minimum combustor fuel at the time of occurrence of load interruption using the gas turbine fuel control apparatus according to the embodiment of the present invention; It is explanatory drawing of the amount of bias.
FIG. 8 is a time chart showing a second method for controlling the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to one embodiment of the invention.
FIG. 9 is an explanatory view of the open / close condition of the bleed valve in the third control method for the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a time chart showing a third method for controlling the minimum fuel in the combustor when load interruption occurs using the gas turbine fuel control apparatus according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Compressor
2 ... Combustor
3 ... Turbine
4. Compressor inlet guide vane
5 ... Generator
6 ... Power transmission system
7 ... Burner for diffusion combustion
8a, ..., 8d ... Burner for premixed combustion
9 ... Pressure regulating valve
10a, ..., 10e ... Flow control valve
11 ... Generator breaker
12 ... System breaker
20 ... Fuel control device

Claims

A gas turbine power generation facility having a generator driven by a gas turbine while controlling a flow rate of fuel supplied to one diffusion combustion fuel system and a plurality of premixed combustion fuel systems for supplying fuel to a gas turbine combustor load shedding or when interrupted from the grid occurs, to control the fuel flow rate of the diffusion combustion fuel system so that flames can hold a minimum fuel flow or more, and the plurality of premixing combustion fuel in In a gas turbine fuel control device that controls to continuously perform premix combustion of a predetermined premix combustion fuel system in the system,
When a load interruption or interruption from the power transmission system occurs,
Of the plurality of premixed combustion fuel systems, a fuel flow rate of a predetermined premixed combustion fuel system is set to a first minimum fuel flow rate capable of holding a predetermined flame for a first effective time;
A gas turbine fuel control apparatus characterized in that the fuel flow rate of the diffusion combustion fuel system is set to a predetermined second minimum fuel flow rate capable of holding a flame for a second effective time.

The gas turbine fuel control apparatus according to claim 1, wherein
During the first effective time and the second effective time, the fuel command value of the first minimum fuel flow rate and the second minimum fuel rather than the main fuel command value for controlling the speed, acceleration and output of the gas turbine. A gas turbine fuel control apparatus characterized in that the fuel command value of the flow rate is controlled with priority.

The gas turbine fuel control apparatus according to claim 1, wherein
When a load interruption or interruption from the power transmission system occurs, the premixed combustion fuel command value bias amount preset according to the compressor inlet guide blade opening is added to the premixed combustion fuel command value. A gas turbine fuel control device.

The gas turbine fuel control apparatus according to claim 1, wherein
When a load interruption or interruption from the power transmission system occurs, if the compressor inlet guide blade opening is set in advance, the bleed valve for bleed from the upstream part of the combustor is opened and the combustor upstream is opened. A gas turbine fuel control device for extracting air from a section.