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JPH0752015B2 - gas turbine - Google Patents
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JPH0752015B2 - gas turbine - Google Patents

gas turbine

Info

Publication number
JPH0752015B2
JPH0752015B2 JP61171606A JP17160686A JPH0752015B2 JP H0752015 B2 JPH0752015 B2 JP H0752015B2 JP 61171606 A JP61171606 A JP 61171606A JP 17160686 A JP17160686 A JP 17160686A JP H0752015 B2 JPH0752015 B2 JP H0752015B2
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JP
Japan
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combustion
air
fuel
flow rate
combustor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP61171606A
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JPS6329117A (en
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信之 飯塚
文之 広瀬
洋二 石橋
勲 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0752015B2 publication Critical patent/JPH0752015B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンに係り、特に燃焼器に供給される
空気の流量を制御する手段を具備するガスタービンに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine, and more particularly to a gas turbine including means for controlling a flow rate of air supplied to a combustor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ガスタービン燃焼器では、最近、低NOx化が図れるとし
て二段燃焼方式、あるいは、他の多段燃焼器が採用され
つつある。これらは、いずれも燃焼用空気量をガスター
ビンの負荷によつて調節する必要がある。例えば、特公
昭53−43号公報には一次燃焼帯と二次燃焼帯の間の空気
通路にバツフルを設け、低負荷運転時は燃焼用一次空気
を減じると共に、二次空気量を増加させることにより一
次燃焼帯が過剰希薄となることを回避し、また、高負荷
運転時には、それぞれの空気が抵抗なく流入するよう
に、バツフルを調節し、NOxの発生を抑制する燃焼器が
開示されている。しかし、一段燃焼から二段燃焼への移
行時の燃焼性能及び排出物特性の問題が存在し、公知の
空気制御法では燃料切換とその前後の燃焼性能を良好に
保持させることは困難である。
In gas turbine combustors, recently, a two-stage combustion system or other multi-stage combustors are being adopted for the purpose of achieving low NOx. In all of these, it is necessary to adjust the amount of combustion air according to the load of the gas turbine. For example, in Japanese Examined Patent Publication No. 53-43, a baffle is provided in the air passage between the primary combustion zone and the secondary combustion zone to reduce the primary air for combustion and increase the secondary air amount during low load operation. Therefore, it is disclosed that the primary combustion zone is prevented from being excessively leaned, and at the time of high load operation, the baffles are adjusted so that the respective air flows without resistance, and the combustor that suppresses the generation of NOx is disclosed. . However, there are problems of combustion performance and emission characteristics at the time of transition from the first-stage combustion to the second-stage combustion, and it is difficult to maintain good combustion performance before and after fuel switching by the known air control method.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は、一段燃焼から二段燃焼への移行時の空
気制御がバツフルのみによつて行われるため、一次、二
次空気量制御が正常に行えず燃料切換とその前後の燃焼
性能を良好に保持するには問題があつた。
In the above prior art, since the air control at the time of transition from the first-stage combustion to the second-stage combustion is performed only by baffle, the primary and secondary air amount control cannot be normally performed, and the combustion performance before and after the fuel switching is good. There was a problem keeping it.

本発明の目的は、一段燃焼である拡散燃焼から二段燃焼
である予混合燃焼への移行時の燃焼性能を良好に保持
し、かつ、排出物特性を良好に維持することができるガ
スタービンを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a gas turbine that can maintain good combustion performance during transition from diffusion combustion that is one-stage combustion to premixed combustion that is two-stage combustion, and that can maintain good emission characteristics. To provide.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のガスタービンは、燃焼室に燃料及び空気を供給
して拡散燃焼を行なう拡散燃焼手段と、燃料と空気とを
予め混合し、この混合気を前記燃焼室に供給して予混合
燃焼を行なう予混合燃焼手段とを有する燃焼器と、該燃
焼器で使用される空気を供給する圧縮機とを備えたもの
である。そして、前記圧縮機の中間段から圧縮空気を抽
気し燃焼器に供給される空気の流量を制御する第1の空
気流量制御手段と、前記圧縮機から燃焼器に供給される
空気のうち前記予混合燃焼手段に供給される空気の流量
を制御する第2の空気流量制御手段とを設け、前記ガス
タービンの負荷が前記予混合燃焼手段による予混合燃焼
を開始する負荷近傍にある時に、前記第2の空気流量制
御手段により前記予混合燃焼手段に供給される空気流量
を減少させた状態で、前記第1の空気流量制御手段によ
り前記燃焼器に供給される空気流量を減少させることを
特徴とする。
In the gas turbine of the present invention, the fuel and air are supplied to the combustion chamber for diffusion combustion, and the fuel and air are premixed, and the mixture is supplied to the combustion chamber to perform premixed combustion. It is provided with a combustor having premixed combustion means for performing the operation, and a compressor for supplying air used in the combustor. Then, first air flow rate control means for extracting compressed air from the intermediate stage of the compressor and controlling the flow rate of the air supplied to the combustor; Second air flow rate control means for controlling the flow rate of air supplied to the mixed combustion means, and when the load of the gas turbine is in the vicinity of the load for starting the premixed combustion by the premixed combustion means, The second air flow rate control unit reduces the air flow rate supplied to the premixed combustion unit, and the first air flow rate control unit reduces the air flow rate supplied to the combustor. To do.

〔作用〕[Action]

拡散燃焼を行なう手段と予混合燃焼を行なう手段とを具
備する二段燃焼方式のガスタービン燃焼器において、燃
焼器に流入する燃焼用空気量全量を圧縮機からの抽気量
の増減により調節し、さらに、燃焼器の二段目燃焼部に
流入する空気量を部分的に機械式可動装置により行うよ
うにしたものである。このようにして、二段燃焼方式の
ガスタービン燃焼器において、燃焼用空気量の調節を全
量行い、さらに、部分的に行えるので、燃焼器内で燃焼
比をあらゆる条件下で適正な範囲内に制御することがで
きる。特に、一段燃焼より二段燃焼への移行前後におけ
る燃焼性能及び排出物特性を良好な状態に保持する効果
がある。
In a gas turbine combustor of a two-stage combustion system comprising means for performing diffusion combustion and means for performing premixed combustion, the total amount of combustion air flowing into the combustor is adjusted by increasing or decreasing the amount of bleed air from the compressor, Further, the amount of air flowing into the second stage combustion section of the combustor is partially controlled by a mechanical movable device. In this way, in the two-stage combustion type gas turbine combustor, the amount of combustion air can be fully adjusted and partially adjusted, so that the combustion ratio within the combustor is within an appropriate range under all conditions. Can be controlled. In particular, it has the effect of maintaining good combustion performance and emission characteristics before and after the transition from first-stage combustion to second-stage combustion.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、本発明の一実施例を示す。本図において、ガ
スタービンは圧縮機1,タービン2,燃焼器3などによつて
構成される。圧縮機1で圧縮された空気1aは、ケーシン
グ4内を通り燃焼器3に導かれる。燃焼器3は、外筒5
a,5b内筒6および前部燃焼室7に一次燃料8を供給する
一次燃料ノズル9を装置したカバー10が取付けられる。
内筒6は、前部燃焼室7とこれよりも径が大きい後部燃
焼室11で形成される。また、前部燃焼室7と後部燃焼室
11との接続部12には、予混合燃焼を行なう予混合燃焼部
が設けられている。この予混合燃焼部には、空気供給孔
13が設けられ、ここに二次燃料14が噴出され二次空気と
予め混合され,後部燃焼室11へ供給されて二次燃焼火炎
15を形成するように構成される。一次燃料ノズル9から
噴出される一次燃料8への着火は、点火プラグ(図示せ
ず)により行われ一次燃焼火炎16を形成する。一方、二
次燃料14への着火は、一次燃焼火炎16よりの火移りによ
り達せられる。ここで、第2図により、さらに、燃焼器
3の構成を説明する。本図において、一次燃料8は、前
述のように、一次燃料ノズル9により前部燃焼室7内に
噴出されるが、噴出部9aは燃料が分散して噴出されるよ
うに複数本となつている。また、二次燃料14は、同様に
外筒5a,5bにより挟まれ固定された二次燃料ノズル17内
を通り、複数本の突出した噴出部18の先端部より噴出さ
れる。一次燃料8は、前部燃焼室7内に噴出されてケー
シング4内を通つて流入した大量の燃焼用空気19と混合
拡散し燃焼して低NOx化に有効な希薄低温の一次燃焼火
炎16を形成する。二次燃焼部は、噴出部18より噴出され
た二次燃料と開口部20より流入した燃焼用空気21とを噴
出部18の下流で混合させ後部燃焼室11内にその混合気を
供給する。この開口部20には、それを覆うように可動片
22が設けられており、リンク機構23等の手段により開口
部20廻りにおいて移動し、このことにより開口部20より
流入する燃焼用空気21の流量を調節できるようになつて
いる。燃焼用空気21の流量調節は、二次燃料流量に見合
つて行われ、前述した混合気の燃焼比(燃料流量/空気
流量)が適正なる範囲となるようにしている。さらに、
二次燃料が噴出していない低負荷運転域では、後部燃焼
室11内に流入せず前部燃焼室7内に流入する燃焼用空気
19の流量を、開口部20より可動片22の移動により大量に
燃焼用空気21を流入させてバイパスすることにより減少
させ、一次燃焼部の燃空比を適正な範囲となるように調
節することも可能な構造となつている。一次燃焼のみで
は、ガスタービンの起動から低負荷運転までの範囲で使
用され、低負荷から定格負荷運転までの範囲は、一次,
二次両方の燃焼となる。一次燃焼のみから一次,二次両
方への燃焼移行時には、一次燃焼火炎による二次燃焼用
混合気への着火が必要となる。この着火時期は、前述の
ように、ガスタービンの低負荷運転時に行われるが、ガ
スタービンは、定格回転数一定で運転れているため、圧
縮機の回転数も一定であり、圧縮空気、すなわち、燃焼
用空気流量が一定であるため、燃焼比が燃料流量のみに
よつて左右され燃焼特性および排ガス特性を良好に保持
するには、燃焼用空気の流量調節が必要不可欠なものと
なつている。そこで、二次燃焼用混合気への着火時に
は、混合気の着火可能な燃空比となるように開口部20の
流路面積を可動片22の移動により小さくして調節する
が、混合気が適正な燃空比となつて場合には、燃焼用空
気21の流量が極めて少量となり、混合気には着火したも
のの、後部燃焼室内への混合気の流入速度が非常に小さ
くなつて、燃焼火炎が噴出部18まで逆流して、噴出部18
近傍を焼失させたり、あるいは燃焼火炎がふらついて燃
焼振動などの異常状態をひき起こす。従って、可動片22
の移動は、燃焼火炎が逆流することのない範囲に留めて
いる。このことにより、二次燃焼用混合気の燃空比は、
空気量が所定の量より多いことになり小さい値となつて
いる。ここで、一次燃焼のみから一次,二次両方の燃焼
に移行する場合の燃料流量の制御について説明する。ガ
スタービンの出力は、回転数一定で運転される発電用で
は燃料流量に比例しており、低負荷運転である一次燃焼
のみの時は、一次燃料のみで出力を維持している。とこ
ろが、一次,二次燃焼時は、一次燃料流量と二次燃料流
量の合計の燃料流量で出力を維持することとなり、一次
燃料のみについて言えば一次燃焼時の場合と一次,二次
燃焼へ移行時の場合とでは、一次,二次燃焼へ移行時の
場合の方が非常に燃料流量が少なく、燃空比が小さくな
り燃焼性能への悪影響をもたらす可能性がある。また、
先に述べたように、二次燃焼部では、燃焼用空気流量が
多く燃空比が小さい状態にある。これらを解決するため
に、圧縮機により圧縮中の燃焼用空気を、第1図に示す
ように、燃焼器の装着されたケーシング4内に到達する
前に抽気して、その圧縮空気より圧力の低い排ガス23
中、あるいは、排気室、又は、排気ダクトに連通し、か
つ、流量調整弁24により抽気量を制御し、燃焼用空気量
を全体的に減少させ燃空比を補正な範囲となるようにし
ている。ここで、圧縮機の仕事中の高温,高圧の圧縮空
気、すなわち、燃焼用空気を燃焼器のみならずタービン
2をも通すことなく抽気するため、タービン2での通過
燃焼ガスが減少し、出力が低下する傾向となるが、この
出力低下分は、燃料流量増加することにより補われ、実
質的にこの抽気により燃料流量の増加および空気流量の
減少が生じ燃空比の増大につながることになる。しか
も、この燃空比の増大は、一次,二次燃焼の開始時に非
常に効果を発揮する。第3図は、制御図を示す。横軸は
ガスタービン負荷をとり、縦軸は可動片開度、抽気量及
び燃空比を示し、横軸は全て同一尺度としている。通
常、燃焼器で、低NOx化を図るには、燃焼火炎温度を低
くした希薄低温燃焼方式が有効であり、燃焼方式と燃空
比によりほぼ性能が決まつてくる。第3図で、燃空比
は、下段の範囲が一次燃焼部を拡散燃焼方式とした場合
の適正範囲を示し、上段の範囲が二次燃焼部を予混合燃
焼方式とした場合の適正範囲を示している。両者の範囲
は、いずれも上限が燃空比の増大による火炎温度上昇か
らくるNOx値の制限値より決まり、下限は、燃焼可能限
界からくる不完全燃焼により生じるCO値の制限より決ま
るものであり、いかなる場合にもこの範囲内に燃焼比を
制御できなければ燃焼性能および排ガス特性共に満足で
きる燃焼器にはなり得ない。ここで、第3図について、
詳細に説明する。起動から定格回転数に至るまでの制御
については本図に示していないが、一次燃焼のみで回転
数の上昇による空気量の増加に見合つて所定の燃空比と
なるように燃料流量を増加させ定格回転数に達し本図に
示すガスタービン負荷0の位置の燃空比となる。定格回
転数に達した後は、負荷運転となるが、この負荷運転の
間は、全て回転数は一定であり、圧縮機からの圧縮空
気、すなわち、燃焼器の方へ流入する燃焼用空気量が一
定となる。よつて、後述するように、特別に燃焼用空気
量を調節しない限りは、ガスタービンの負荷は、燃料流
量の制御によつて行われることになる。一次燃焼のみの
低負荷運転において、二次燃焼部に流入する空気を調節
する可動片の開度を変えることなく、全開にした状態で
は、負荷0から負荷上昇に伴い、燃料流量増加すること
により適正な燃空比範囲内で上昇している。さらに、負
荷上昇により燃料流量が増加し燃空比が上昇するが、燃
空比の上限に近くなりNOx量が増大する傾向となるた
め、ここで前述したように二次燃焼部に流入する空気量
を可動片の開度を閉方向へ移動することにより除々に減
じ、この操作により頭部燃焼室へ流入する空気量を増加
させ、負荷上昇による燃料流量の増加が伴つて、結果的
には燃空比はほぼ一定となり、NOx濃度の上昇を抑えて
いる。可動片の開度は、負荷上昇と共に、さらに閉方向
へ移動し、全閉となる前のある程度開いている状態で移
動は完了する。尚、可動片を全閉としないのは、前述の
ように、全閉では空気量が極めて少量となり、燃焼火炎
の逆流、あるいは、異常燃焼をひき起こすことが考えら
れるためである。その後、空気量を変化することなく二
次燃料を投入する負荷まで一次燃料の増加により上昇さ
せることになるが、一次燃焼のみから一次,二次燃焼へ
移行する場合の燃料流量が移行前は一次燃料流量のみで
あり、移行後は一次燃料と二次燃料の合計燃料流量とな
り、移行前後においてガスタービン負荷が変わらないと
すれば、合計燃料流量も一定でなければならず、一次燃
焼のみの場合の一次燃焼部の燃空比及び一次,二次燃焼
時の一次燃焼部、二次燃焼部各々の燃空比は、燃焼性能
及び排ガス特性を良好に保持できる適正なる燃空比範囲
内となつていなければならない。ところが、可動片の移
動が完了した状態で空気量を一定にして一次燃焼から一
次,二次燃焼へ移行しようとすると燃空比は、第3図中
の破線で示すように変化し、移行後において、燃空比の
下限を下廻る結果となり、第4図に示すように排ガス特
性として不完全燃焼によるCOが破線のように発生し、NO
x濃度は低いものの非常に燃焼性能が低い不安定な燃焼
となり、種々の問題を生じることになる。従って、本発
明は、可動片の移動が完了した状態で、燃焼器に流入す
る燃焼用空気を抽気して減じ、適正な燃空比となるよう
にしようとするものである。具体的には、圧縮機で圧縮
中の空気を圧縮機の中間段より負荷の上昇と共に徐々に
抽気し、一次燃焼から一次,二次燃焼に移行する点で、
最大となるように流量調整弁により制御するようになつ
ている。ガスタービンは、抽気したことにより燃焼空気
量が減少して燃焼ガス量が減少し出力が低下することに
なるが、負荷一定運転を行うように制御されるため、抽
気量に見合つて出力低下を補う量の燃料がさらに投入さ
れることになり、結果的には、第3図の燃空比の変化に
見られるように燃空比が上昇することになる。この抽気
により、燃空比が増加したことにより燃焼温度が上昇
し、第4図に示されるように多少NOx濃度が高くなるが
定格運転時よりは低く問題とはならない。CO濃度につい
ては、抽気により一次燃焼時はさほど変化ないが、一
次,二次燃焼に移行した後の一次,二次燃焼部の燃空比
が抽気によつて低下した出力を補うための燃料流量の増
加により高くなり適正な燃空比範囲に入るようになるた
め、従来に比べて極端に減少する。このことにより従来
に比べて燃焼性能の向上を図ることができる。一次,二
次燃焼移行後は、負荷上昇に伴い燃料流量が増加するこ
とにより燃空比が高くなる傾向にあるため、抽気量を流
量調整弁を閉めることにより徐々に減じ、燃空比として
は適正な燃空比範囲内でほぼ一定に保ちながら抽気量ゼ
ロの状態にする。さらに、負荷上昇に伴い、二次燃焼部
に流入する空気量を可動片を全開の方向へ移動させるこ
とにより適正な燃空比範囲内となるよう調節しながら可
動片を全開に至るまで移動させる。それ移後は、空気量
の調節は行われず、燃料流量の増加により負荷は上昇
し、燃空比は燃料料量の増加により上昇するが、この高
負荷範囲では、空気量調節が完了した時点の燃空比を適
正な燃空比範囲の下限近くになるように調節しているた
め、空気量調節が行われなくても適正な燃空比範囲内で
燃空比が上昇するのみであり、燃焼性能および排ガス特
性には影響がないようになつている。このように、本発
明は、二段燃焼器、あるいは、他の多段燃焼器におい
て、適用可能であり、燃焼器の燃焼特性および排ガス特
性を良好に保持するべく全負荷帯で適正な燃空比範囲内
となるように、燃焼用空気量の調節を全量および部分的
に調節できるようにしたことを特徴とする。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this figure, the gas turbine is composed of a compressor 1, a turbine 2, a combustor 3, and the like. The air 1a compressed by the compressor 1 is guided to the combustor 3 through the inside of the casing 4. The combustor 3 has an outer cylinder 5
A cover 10 having a primary fuel nozzle 9 for supplying the primary fuel 8 to the inner cylinders a and 5b and the front combustion chamber 7 is attached.
The inner cylinder 6 is formed of a front combustion chamber 7 and a rear combustion chamber 11 having a larger diameter than this. In addition, the front combustion chamber 7 and the rear combustion chamber
A premixed combustion section for performing premixed combustion is provided at a connecting section 12 with 11. This premix combustion section has an air supply hole
A secondary fuel 14 is jetted out here, premixed with secondary air, and supplied to the rear combustion chamber 11 to generate a secondary combustion flame.
Configured to form fifteen. Ignition of the primary fuel 8 ejected from the primary fuel nozzle 9 is performed by a spark plug (not shown) to form a primary combustion flame 16. On the other hand, the ignition of the secondary fuel 14 is achieved by the transfer from the primary combustion flame 16. Here, the configuration of the combustor 3 will be further described with reference to FIG. In the figure, the primary fuel 8 is jetted into the front combustion chamber 7 by the primary fuel nozzle 9 as described above, but the jetting portions 9a are plural so that the fuel is jetted in a dispersed manner. There is. Similarly, the secondary fuel 14 passes through the secondary fuel nozzle 17 that is sandwiched and fixed by the outer cylinders 5a and 5b, and is ejected from the tips of a plurality of protruding ejection portions 18. The primary fuel 8 is mixed with a large amount of combustion air 19 that has been ejected into the front combustion chamber 7 and has flowed through the casing 4 to diffuse, burn, and burn a lean low-temperature primary combustion flame 16 effective for reducing NOx. Form. The secondary combustion section mixes the secondary fuel ejected from the ejection section 18 and the combustion air 21 flowing from the opening section 20 downstream of the ejection section 18 and supplies the mixture into the rear combustion chamber 11. The opening 20 has a movable piece so as to cover it.
22 is provided, and is moved around the opening 20 by means of a link mechanism 23 or the like, whereby the flow rate of the combustion air 21 flowing in from the opening 20 can be adjusted. The flow rate of the combustion air 21 is adjusted according to the secondary fuel flow rate so that the combustion ratio (fuel flow rate / air flow rate) of the air-fuel mixture described above falls within an appropriate range. further,
In the low load operation range where the secondary fuel is not ejected, the combustion air that does not flow into the rear combustion chamber 11 but flows into the front combustion chamber 7
The flow rate of 19 is decreased by moving a large amount of combustion air 21 through the movement of the movable piece 22 through the opening 20 and bypassing it, and adjusting the fuel-air ratio of the primary combustion section to be within an appropriate range. The structure is also possible. Only the primary combustion is used in the range from the start of the gas turbine to the low load operation, and the range from the low load to the rated load operation is the primary,
Combustion of both secondary. When transitioning from primary combustion only to both primary and secondary combustion, it is necessary to ignite the secondary combustion mixture with the primary combustion flame. This ignition timing is performed during the low load operation of the gas turbine, as described above, but since the gas turbine is operated at a constant rated rotation speed, the rotation speed of the compressor is also constant, compressed air, That is, since the combustion air flow rate is constant, the combustion ratio depends only on the fuel flow rate, and in order to maintain good combustion characteristics and exhaust gas characteristics, it is essential to adjust the combustion air flow rate. There is. Therefore, when igniting the air-fuel mixture for secondary combustion, the flow passage area of the opening 20 is adjusted to be smaller by moving the movable piece 22 so that the fuel-air ratio of the air-fuel mixture can be ignited. If the fuel-air ratio is appropriate, the flow rate of the combustion air 21 becomes extremely small and the air-fuel mixture is ignited, but the inflow speed of the air-fuel mixture into the rear combustion chamber becomes very small and the combustion flame Flows back to the spout 18 and spouts 18
It burns out the vicinity, or the combustion flame fluctuates, causing abnormal conditions such as combustion vibration. Therefore, the movable piece 22
The movement is limited to the range where the combustion flame does not flow back. As a result, the fuel-air ratio of the secondary combustion mixture is
The amount of air becomes larger than the predetermined amount, which is a small value. Here, the control of the fuel flow rate in the case of shifting from only the primary combustion to both the primary and secondary combustion will be described. The output of the gas turbine is proportional to the fuel flow rate for power generation that is operated at a constant rotation speed, and the output is maintained only with the primary fuel during the low load operation of the primary combustion only. However, during the primary and secondary combustion, the output is maintained at the total fuel flow rate of the primary fuel flow rate and the secondary fuel flow rate, and when it comes to only the primary fuel, it shifts to the case of the primary combustion time and the primary and secondary combustion. In the case of time, the fuel flow rate is much smaller in the case of transition to the primary combustion and the secondary combustion, and the fuel-air ratio becomes smaller, which may adversely affect the combustion performance. Also,
As described above, in the secondary combustion section, the flow rate of combustion air is large and the fuel-air ratio is small. In order to solve these problems, as shown in FIG. 1, the combustion air being compressed by the compressor is extracted before reaching the inside of the casing 4 in which the combustor is mounted, and the pressure of the compressed air is higher than that of the compressed air. Low exhaust gas 23
Medium or, in communication with the exhaust chamber or the exhaust duct, and controlling the amount of bleed air by the flow rate adjusting valve 24, to reduce the amount of combustion air overall, so that the fuel-air ratio is in a corrected range There is. Here, high-temperature, high-pressure compressed air during work of the compressor, that is, combustion air is extracted without passing through not only the combustor but also the turbine 2, so that the passing combustion gas in the turbine 2 decreases and the output However, this decrease in output is compensated for by increasing the fuel flow rate, and this bleed air substantially increases the fuel flow rate and decreases the air flow rate, leading to an increase in the fuel-air ratio. . Moreover, this increase in the fuel-air ratio is very effective at the start of the primary and secondary combustion. FIG. 3 shows a control diagram. The horizontal axis represents the gas turbine load, the vertical axis represents the movable piece opening, the extraction amount and the fuel-air ratio, and the horizontal axis is the same scale. Normally, in order to achieve low NOx in a combustor, a lean low temperature combustion method with a low combustion flame temperature is effective, and the performance is almost determined by the combustion method and the fuel-air ratio. In FIG. 3, the fuel-air ratio shows the proper range when the lower combustion range is the primary combustion section when the diffusion combustion system is used, and the upper range is the proper range when the secondary combustion section is the premixed combustion system. Shows. In both ranges, the upper limit is determined by the limit value of NOx value resulting from the flame temperature rise due to the increase of the fuel-air ratio, and the lower limit is determined by the limit value of CO value caused by incomplete combustion, which is due to the combustible limit. However, in any case, if the combustion ratio cannot be controlled within this range, a combustor with satisfactory combustion performance and exhaust gas characteristics cannot be obtained. Here, regarding FIG.
The details will be described. Control from the start up to the rated speed is not shown in this figure, but the fuel flow rate is increased so that the specified fuel-air ratio is achieved in proportion to the increase in the air amount due to the increase in the speed with only primary combustion. The fuel / air ratio reaches the rated speed and the gas turbine load is 0 as shown in the figure. After reaching the rated speed, load operation starts, but during this load operation, the rotation speed is constant and the compressed air from the compressor, that is, the amount of combustion air flowing into the combustor. Is constant. Therefore, as will be described later, unless the amount of combustion air is specially adjusted, the load of the gas turbine is controlled by controlling the fuel flow rate. In low-load operation with only primary combustion, the fuel flow rate increases as the load increases from load 0 in the fully opened state without changing the opening of the movable piece that adjusts the air flowing into the secondary combustion section. It is rising within the proper fuel air ratio range. Furthermore, as the load increases, the fuel flow rate increases and the fuel-air ratio rises, but the NOx amount tends to increase near the upper limit of the fuel-air ratio. The amount is gradually reduced by moving the opening of the movable piece in the closing direction, and this operation increases the amount of air flowing into the head combustion chamber. The fuel-air ratio is almost constant, suppressing the increase in NOx concentration. The opening of the movable piece further moves in the closing direction as the load increases, and the movement is completed in a state where it is open to some extent before being fully closed. Incidentally, the reason why the movable piece is not fully closed is that, as described above, the air amount becomes extremely small when fully closed, which may cause backflow of combustion flame or abnormal combustion. After that, the load of secondary fuel is increased without changing the amount of air by increasing the primary fuel, but the fuel flow rate when transitioning from only primary combustion to primary and secondary combustion is Only the fuel flow rate, the total fuel flow rate of the primary fuel and the secondary fuel after the transition, and if the gas turbine load does not change before and after the transition, the total fuel flow rate must also be constant, in the case of only primary combustion The fuel-air ratio of the primary combustion part and the fuel-air ratio of each of the primary combustion part and the secondary combustion part at the time of primary and secondary combustion are within an appropriate fuel-air ratio range that can maintain good combustion performance and exhaust gas characteristics. Must be However, when attempting to shift from primary combustion to primary and secondary combustion with the air amount kept constant after the movement of the movable piece is completed, the fuel-air ratio changes as shown by the broken line in FIG. Results in falling below the lower limit of the fuel-air ratio, and as shown in Fig. 4, CO due to incomplete combustion is generated as shown by the broken line in the exhaust gas characteristics, and NO
Although the x concentration is low, it results in unstable combustion with extremely low combustion performance, resulting in various problems. Therefore, the present invention intends to extract and reduce the combustion air flowing into the combustor in a state where the movement of the movable piece is completed, so as to obtain an appropriate fuel-air ratio. Specifically, the air being compressed in the compressor is gradually extracted from the intermediate stage of the compressor as the load increases, and the primary combustion is transferred to the primary and secondary combustion.
It is designed to be controlled by the flow rate adjusting valve so that it becomes maximum. In the gas turbine, the amount of combustion air decreases due to bleeding, the amount of combustion gas decreases, and the output decreases, but the output is reduced in proportion to the amount of bleeding because it is controlled to perform constant load operation. The amount of fuel to be supplemented is further supplied, and as a result, the fuel-air ratio rises as seen in the change in the fuel-air ratio in FIG. Due to this bleed air, the combustion temperature rises due to the increase in the fuel-air ratio, and the NOx concentration rises somewhat as shown in FIG. 4, but it is lower than during rated operation and is not a problem. The CO concentration does not change much during primary combustion due to bleeding, but the fuel flow rate to compensate for the output that the fuel-air ratio of the primary and secondary combustion parts after transitioning to primary and secondary combustion has decreased due to bleeding As it increases and becomes in the proper fuel air ratio range, it is extremely reduced compared to the conventional case. As a result, the combustion performance can be improved as compared with the conventional case. After the primary and secondary combustion transitions, the fuel flow rate tends to increase as the load increases and the fuel-air ratio tends to increase.Therefore, the bleed air amount is gradually reduced by closing the flow rate adjustment valve, and the fuel-air ratio becomes The bleed volume is set to zero while keeping the fuel air ratio within a proper range. Further, as the load increases, the amount of air flowing into the secondary combustion section is moved to the fully open direction by moving the movable piece in the direction of full opening, and the movable piece is moved to full opening while being adjusted. . After that, the air amount is not adjusted, the load rises due to the increase in the fuel flow rate, and the fuel-air ratio rises due to the increase in the fuel amount, but in this high load range, when the air amount adjustment is completed Since the fuel-air ratio is adjusted so that it is close to the lower limit of the proper fuel-air ratio range, the air-fuel ratio only rises within the proper fuel-air ratio range even if the air amount is not adjusted. , The combustion performance and exhaust gas characteristics are not affected. As described above, the present invention is applicable to a two-stage combustor or other multi-stage combustors, and has an appropriate fuel-air ratio in all load zones in order to maintain good combustion characteristics and exhaust gas characteristics of the combustor. It is characterized in that the amount of combustion air can be adjusted in whole or in part so as to be within the range.

第5図,第6図に本発明の変形例を示す。いずれも圧縮
機中間段より抽気した空気の連通先について、第一図を
変形したものである。第5図は、圧縮機1で圧縮中の空
気1Cを配管25により圧縮機より抽気し流量調節弁24を介
して、抽気の圧力より低い圧縮機1の低圧段1bに連通し
ている。このことにより、圧縮中の空気をそれより低圧
部に抽気し連通させ抽気部以降の圧縮空気量を減らし、
最終的には、燃焼器へ流入する燃焼用空気量を減少させ
る。第6図は、圧縮機1で圧縮中の空気1Cを配管25によ
り抽気し流量調節弁24を介して抽気の圧力より低いター
ビン部中間段2aに連通させるようにしたものであり、圧
力の高い圧縮空気をタービン部燃焼ガスと合流させるこ
とにより、エネルギの回収を行い、抽気による効率低下
を緩和する。すなわち、両者共、目的は、圧縮機からの
抽気によつて燃焼器に流入する燃焼用空気量を調節しよ
うとするものである。
5 and 6 show modified examples of the present invention. In each case, the connection of the air extracted from the intermediate stage of the compressor is a modification of FIG. In FIG. 5, the air 1C that is being compressed in the compressor 1 is extracted from the compressor through the pipe 25 and is communicated with the low pressure stage 1b of the compressor 1 which is lower than the extraction pressure through the flow rate control valve 24. As a result, the air under compression is bleed to the low pressure part and communicated with it to reduce the amount of compressed air after the bleed part,
Finally, the amount of combustion air flowing into the combustor is reduced. FIG. 6 shows that the air 1C being compressed by the compressor 1 is extracted by the pipe 25 and communicated via the flow rate control valve 24 to the intermediate stage 2a of the turbine section having a lower pressure than that of the extracted air. Energy is recovered by merging the compressed air with the combustion gas of the turbine section, and the efficiency decrease due to extraction air is mitigated. That is, in both cases, the purpose is to adjust the amount of combustion air flowing into the combustor by the bleed air from the compressor.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、燃焼器の燃焼用空気量を部分的、ある
いは、全体的に調節できるので適正な燃空比範囲内とな
るように、あらゆる条件下で正確に制御することがで
き、ガスタービンの全負荷帯で、特に、拡散燃焼から予
混合燃焼へ移行時に、燃焼器の燃焼性能および排ガス特
性を良好に保持することができる。更に、圧縮機の中間
段から圧縮空気を抽気することにより、圧縮機における
エネルギー損失を低減することができる。
According to the present invention, the amount of combustion air in the combustor can be adjusted partially or wholly, so that it can be accurately controlled under all conditions so that it falls within an appropriate fuel-air ratio range. It is possible to maintain good combustion performance and exhaust gas characteristics of the combustor in the full load zone of the turbine, particularly when transitioning from diffusion combustion to premixed combustion. Further, by extracting compressed air from the intermediate stage of the compressor, energy loss in the compressor can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は、本発明
の燃焼器の断面図、第3図は、制御方法の説明図、第4
図は、排ガス特性図、第5図,第6図は、本発明の変形
例を示す系統図である。 3……燃焼器。
1 is a sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a combustor of the present invention, FIG. 3 is an explanatory view of a control method, and 4
FIG. 5 is an exhaust gas characteristic diagram, and FIGS. 5 and 6 are system diagrams showing modified examples of the present invention. 3 ... Combustor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 勲 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−218535(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Isao Sato 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Machinery Research Laboratory, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (56) Reference JP-A-60-218535 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃焼室に燃料及び空気を供給して拡散燃焼
を行なう拡散燃焼手段と、燃料と空気とを予め混合し、
この混合気を前記燃焼室に供給して予混合燃焼を行なう
予混合燃焼手段とを有する燃焼器と、 該燃焼器で使用される空気を供給する圧縮機とを備えた
ガスタービンにおいて、 前記圧縮機の中間段から圧縮空気を抽気し燃焼器に供給
される空気の流量を制御する第1の空気流量制御手段
と、前記圧縮機から燃焼器に供給される空気のうち前記
予混合燃焼手段に供給される空気の流量を制御する第2
の空気流量制御手段とを設け、 前記ガスタービンの負荷が前記予混合燃焼手段による予
混合燃焼を開始する負荷近傍にある時に、前記第2の空
気流量制御手段により前記予混合燃焼手段に供給される
空気流量を減少させた状態で、前記第1の空気流量制御
手段により前記燃焼器に供給される空気流量を減少させ
ることを特徴とするガスタービン。
1. A diffusion combustion means for supplying fuel and air to a combustion chamber to perform diffusion combustion and a fuel and air are mixed in advance,
A gas turbine comprising a combustor having premixed combustion means for supplying the mixture to the combustion chamber for premixed combustion, and a compressor supplying air used in the combustor, A first air flow rate control means for extracting compressed air from an intermediate stage of the compressor and controlling a flow rate of the air supplied to the combustor; and a premixed combustion means of the air supplied from the compressor to the combustor. Second to control the flow rate of the supplied air
When the load of the gas turbine is in the vicinity of the load for starting the premix combustion by the premix combustion means, the second air flow control means supplies the premix combustion means to the premix combustion means. A gas turbine characterized in that the flow rate of air supplied to the combustor is reduced by the first air flow rate control means in a state where the flow rate of air to be reduced is reduced.
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