JP3894816B2

JP3894816B2 - Gas turbine equipment

Info

Publication number: JP3894816B2
Application number: JP2002080973A
Authority: JP
Inventors: テレンスマッケルヴィ; 英史丸井; 政博宮本; 匡史片岡; 泰古谷
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP2003278564A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン装置に係り、特に、運転中にフレームアウトが発生したことを迅速に判断することができるガスタービン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なガスタービン装置は、回転軸を介して回転自在に取り付けられたタービンと、燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、燃焼器への燃料供給量を調節する燃料調節弁と、燃焼器に空気を圧送する空気圧縮機などから基本的に構成される。
【０００３】
上述の構成において、燃料調節弁により調節された燃料および空気圧縮機により圧縮された空気（以下、適宜、圧縮空気という）は燃焼器に供給され、燃焼器にて圧縮空気と燃料との混合気が形成される。そして、燃焼器において混合気を燃焼させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスがタービンに供給されることによりタービンが高速で回転するようになっている。また、このようなガスタービン装置においては、一般に、タービンの回転数や加速度を制御するフィードバック制御が行われる。
【０００４】
ところで、上述したガスタービン装置においては、燃焼器に燃料を供給しながらも燃焼火炎が突然消えてしまう、いわゆるフレームアウトという現象が起こることがある。このフレームアウトが起こると、ガスタービン装置が停止するのみならず、供給された燃料或いは混合気がガスタービン装置内部に充満し、タービンなどの余熱により引火して爆発するおそれがあり、極めて危険である。従って、フレームアウトが発生した場合には、これを速やかに検知し、燃料の供給を停止させることが極めて重要となる。
【０００５】
フレームアウトの発生を判断する判断要素として、混合気における空気と燃料との質量比（または重量比）、即ち、空燃比（エア・フューエル・レシオ、Ａ／Ｆともいう）が挙げられる。空燃比は、燃焼に供される空気と燃料との質量比、即ち、混合比であり、空気の単位時間当たりの流量を燃料の単位時間当たりの流量で除算することで得ることができる。なお、上述したように、空気は空気圧縮機により圧縮されて燃焼器に送られ、この空気圧縮機はタービンによって駆動されるため、空気の流量はタービンの回転数に比例し、また、燃料の流量は燃料調節弁の開度に比例するため、空燃比は、タービンの回転数および燃料調節弁の開度から導くことができる。
【０００６】
フレームアウトが発生すると、タービンへの燃焼ガスの供給が停止するためタービンの回転数（空気の流量）は減少する。すると、減少した回転数を回復させようとするフィードバック制御により燃料調節弁の開度（燃料の流量）が大きくなるので、空燃比は低下することになる。従って、フレームアウトが発生した場合に想定される空燃比を、フレームアウトが発生したことを判断する基準空燃比として予め設定しておけば、この基準空燃比より空燃比が下がった場合にフレームアウトが発生したと判断することができる。このことに基づき、従来のガスタービン装置においては、空燃比の変化を常時監視し、この空燃比が設定した基準空燃比を下回ったことを検知したときにフレームアウトが発生したと判断する判断方法が採用されている。
【０００７】
空燃比の値を基準としてフレームアウトの発生を判断する方法を採用した場合、設定した基準空燃比の値によっては、実際にフレームアウトが起こっていないにもかかわらず、フレームアウトが起きたと誤認してしまうことがある。これは、空燃比の値は、正常な運転中であっても、各局面での運転状況により変動するため、空燃比が基準空燃比より下回る場合も起こり得るからである。従って、この誤認を避けるためには、フレームアウト発生の判断基準とすべき基準空燃比は、正常な運転時において低下が予定される空燃比よりも更に低い値に設定する必要がある。
【０００８】
特に、正常な運転時において変動する空燃比は、ガスタービン装置の起動時において最も低い値を示す。図４は、従来のガスタービン装置の起動時における各数値が変動する様子を示したグラフ図である。通常、ガスタービン装置を起動する際には起動用モータによりタービンが着火可能な回転数に維持されている間（ｔ_１からｔ_２）、混合気への着火動作が行われる。
【０００９】
図４に示すように、混合気の着火（ｔ_２）以降は、タービンは、ある一定の燃料の供給量を受けて昇速する。即ち、空燃比（Ａ／Ｆ）はタービンの回転数（Number of Revolutions、ＮＲ）の上昇にほぼ比例して上昇することになる。従って、図４に示すように、着火直後（ｔ_２）の空燃比が最も低い値を示すことになる。このため、従来では、フレームアウト発生の判断基準とすべき基準空燃比は、図４に示すように、この着火直後の空燃比よりも低い値（Ｓ１）に設定する必要があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、基準空燃比を低く設定すると、定常運転時（定格回転時）の空燃比の値（図４のＡ／Ｆ１）と基準空燃比の値（Ｓ１）との差が大きくなるため、実際にフレームアウトが発生した場合に、低下する空燃比が基準空燃比（Ｓ１）に到達するまで時間がかかることになる。そうすると、実際のフレームアウトの発生時からフレームアウトが発生したと判断するまでのタイムラグが大きくなってしまう。このことは、燃料の供給を停止させるタイミングが遅れてしまうことを意味し、上述したような事故が起こるおそれがあり、極めて危険である。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、運転中にフレームアウトが発生したことを迅速に検知することができるガスタービン装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した問題を解決するために、本発明は、空気と燃料との混合気を燃焼させ、該燃焼により発生した燃焼ガスをタービンに供給することにより前記タービンを回転駆動するガスタービン装置であって、混合気における空気と燃料との空燃比を算出する空燃比算出部と、前記タービンの回転数を検出する回転数検出部と、前記空燃比算出部により算出された空燃比と前記回転数検出部により検出された回転数に応じて変動する所定の補正値とを加算することにより略一定となる補正空燃比を算出する補正空燃比算出部と、前記補正空燃比算出部により算出された補正空燃比が予め設定された所定の基準空燃比を下回ったときはフレームアウトが発生したと判断するフレームアウト判断部と、を設けたことを特徴とする。
【００１３】
この場合において、前記補正値は、前記回転検出部により検出された回転数と所定の基準回転数との偏差に所定の定数を乗算して得られた値であることが好ましい。また、前記タービンにより駆動されて燃焼器に供給する空気を圧送する空気圧縮機を設け、前記空燃比算出部は、前記回転数検出部により検出された前記タービンの回転数と、燃料の供給量を調節する燃料調節弁の開度とに基づいて空燃比を算出することが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、起動時において、上述した補正値を加算することにより得られる補正空燃比は略一定となる値として算出される。従って、この補正空燃比をフレームアウト発生の判断要素とすれば、フレームアウトが発生したことの基準となる基準空燃比を、この補正空燃比のすぐ下の位置にまで引き上げて設定することができる。その結果、実際にフレームアウトが発生した場合に、低下する補正空燃比はすぐに基準空燃比に到達することになるので、フレームアウトが発生したことを極めて迅速に検知することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態であるガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態におけるガスタービン装置は、タービン１と、混合気を燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器２と、燃焼器２への燃料の供給量を調節する燃料調節弁１９と、燃焼器２に空気を圧送する空気圧縮機３とを備えている。また、ガスタービン装置は、タービン１を制御対象とするタービン制御部１１とを備えている。
【００１７】
タービン１は、流体を受けて回転するための複数の回転翼（図示せず）を有し、回転軸６を介してケーシング（図示せず）内に回転自在に支持されている。空気圧縮機３は回転軸６を介してタービン１により駆動されて空気を圧縮するように構成されている。この空気圧縮機３は配管７を介して燃焼器２に接続されており、空気圧縮機３により圧縮された空気は配管７を通って燃焼器２に供給される。
【００１８】
燃料調節弁１９は燃焼器２の上流側に配置されており、図示しない燃料供給源から供給された燃料は、この燃料調節弁１９を通過した後、燃焼器２に供給される。燃料調節弁１９は、開度が可変に構成され、この開度を操作することにより、燃焼器２への燃料の供給量が調節されるようになっている。
【００１９】
燃焼器２に供給された燃料および圧縮空気は燃焼器２において混合気を形成し、燃焼器２にて混合気が燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスが発生する。そして、この燃焼ガスがタービン１に供給されることによりタービン１が高速で回転する。なお、回転軸６の軸端近傍には、タービン１の回転数を検出する回転数検出部１２が設置されている。
【００２０】
タービン制御部１１では、タービン１を制御対象としたフィードバック制御が行われる。即ち、回転数検出部１２や図示しない加速度算出部により得られたタービン１の現在の回転数や加速度をフィードバック値とし、このフィードバック値と目標値との偏差を最小とするための燃料供給量に応じた制御信号を演算する。そして、演算された制御信号に応じて燃料調節弁１９の開度を操作することで燃焼器２に供給される燃料の流量を調節する。このようにして、燃焼器２への燃料供給量を調節することにより、タービン１に供給される燃焼ガスの量が加減され、これにより、タービン１の回転数や加速度の制御が行われる。
【００２１】
次に、本実施形態が備えるフレームアウト判断部について図２及び図３を参照して説明する。図２（ａ）は本実施形態であるガスタービン装置が備えるフレームアウト判断部の入出力経路を示す模式図であり、図２（ｂ）は本実施形態における補正空燃比の算出式を示す図である。図３は本実施形態であるガスタービン装置の起動時において各数値が変動する様子を示すグラフ図である。
【００２２】
補正空燃比算出部３４は、空燃比算出部３１により算出された空燃比と回転数検出部１２により検出された回転数に応じて変動する所定の補正値とを加算することにより略一定となる補正空燃比を算出するように構成される。ここで、所定の補正値は、回転検出部１２により検出された回転数と所定の基準回転数との偏差に所定の定数Ｚを乗算して得られた値である。
【００２３】
補正空燃比算出部３４における補正空燃比の算出式は、図２（ｂ）に示すように、回転数検出部１２により検出されたタービン１の回転数（ＮＲ）と所定の基準回転数との偏差を回転数偏差算出部２１にて求め、この偏差に所定の定数Ｚを乗算して補正値（ＮＲα）を求める。さらに、この補正値（ＮＲα）と、空燃比算出部３１により算出された空燃比（Ａ／Ｆ）とを加算することで補正空燃比（Ａ／Ｆc）が得られる。
【００２４】
このようにして算出された補正空燃比（Ａ／Ｆc）は略一定の値となって求められる。この理由について、図３を参照して説明する。図３に示すように、ガスタービン装置の起動時には、着火（ｔ_１）後のタービン１の回転数（ＮＲ）は、所定量の燃料供給量（燃料調節弁１９の開度）を受けてほぼ一定に昇速する。即ち、タービン１の回転数（ＮＲ）と空燃比（Ａ／Ｆ）とはほぼ比例した動きになる。従って、所定の基準回転数を適切に設定することにより、この基準回転数とタービン１の回転数（ＮＲ）との偏差は、空燃比（Ａ／Ｆ）の値に比例して変動する値となる。なお、設定すべき基準回転数としては、無負荷運転時における定格回転数（ＮＲ１）が好ましい。さらに、所定の定数Ｚを適切に設定し、定数Ｚと偏差とを乗算することにより、低下する空燃比（Ａ／Ｆ）の値を補うような補正値（ＮＲα）を求めることができる。そして、この補正値（ＮＲα）を空燃比（Ａ／Ｆ）に加算することにより、補正空燃比算出部３４により算出される補正空燃比（Ａ／Ｆc）を略一定とすることができる。
【００２５】
上述のように算出された補正空燃比（Ａ／Ｆc）は、次に、フレームアウト判断部３３に送られる。フレームアウト判断部３３は、補正空燃比算出部３４から送られてくる補正空燃比の値に基づき、フレームアウトが発生したか否かを判断するように構成されている。即ち、フレームアウト判断部３３には予め所定の基準空燃比が設定されており、補正空燃比の値がこの基準空燃比を下回った場合には、フレームアウト判断部３３によりフレームアウトが発生したと判断される。
【００２６】
上述したように、補正空燃比算出部３４により算出される補正空燃比は、ガスタービン装置の起動時においても略一定となる値として得られる。従って、フレームアウト判断部３３において設定される基準空燃比は、図３に示すように、従来の値（Ｓ１）に比べ、補正空燃比（Ａ／Ｆc）のすぐ下の値（Ｓ２）にまで引き上げて設定することができる。この結果、実際にフレームアウトが発生した場合には、低下する補正空燃比はすぐに基準空燃比に達することになるので、極めて迅速にフレームアウトが発生したことを判断することが可能となる。
【００２７】
フレームアウト判断部３３により、ガスタービン装置の運転中、フレームアウトが発生したと判断された場合には、フレームアウト判断部３３から緊急停止弁３２を閉止すべき指令信号が出される。そして、緊急停止弁３２が作動することで燃料供給源から燃焼器２への燃料の供給が停止され、これにより、フレームアウトの発生に起因する事故を未然に防止することが可能となる。
【００２８】
なお、本発明のガスタービン装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、補正空燃比算出部により算出される補正空燃比は略一定の値として得られる。従って、この補正空燃比をフレームアウト発生の判断要素とすれば、フレームアウトが発生したことの基準となる基準空燃比を、この補正空燃比のすぐ下の位置にまで引き上げて設定することができる。その結果、実際にフレームアウトが発生した場合に、低下する補正空燃比はすぐに基準空燃比に到達することになるので、フレームアウトが発生したことを極めて迅速に検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の一実施形態であるガスタービン装置が備えるフレームアウト判断部の入出力経路を示す模式図であり、図２（ｂ）は本発明の一実施形態における補正空燃比の算出式を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態であるガスタービン装置の起動時における各数値が変動する様子を示すグラフ図である。
【図４】従来のガスタービン装置の起動時における各数値が変動する様子を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１タービン
２燃焼器
３空気圧縮機
６回転軸
７配管
１１タービン制御部
１２回転数検出部
１９燃料調節弁
２１回転数偏差算出部
３１空燃比算出部
３２緊急停止弁
３３フレームアウト判断部
３４補正空燃比算出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine apparatus, and more particularly to a gas turbine apparatus that can quickly determine that a flameout has occurred during operation.
[0002]
[Prior art]
A general gas turbine device includes a turbine rotatably mounted via a rotating shaft, a combustor for generating combustion gas, a fuel control valve for adjusting a fuel supply amount to the combustor, and a combustor. It is basically composed of an air compressor that pumps air into the air.
[0003]
In the above-described configuration, the fuel adjusted by the fuel control valve and the air compressed by the air compressor (hereinafter referred to as “compressed air” as appropriate) are supplied to the combustor, and the mixture of compressed air and fuel is combusted by the combustor. Is formed. The air-fuel mixture is combusted in the combustor to generate combustion gas, and the combustion gas is supplied to the turbine so that the turbine rotates at high speed. In such a gas turbine apparatus, feedback control for controlling the rotational speed and acceleration of the turbine is generally performed.
[0004]
By the way, in the gas turbine apparatus described above, a so-called flameout phenomenon may occur in which the combustion flame suddenly disappears while fuel is supplied to the combustor. If this flameout occurs, not only will the gas turbine device stop, but the supplied fuel or mixture may fill the gas turbine device and ignite and explode due to residual heat from the turbine, which is extremely dangerous. is there. Accordingly, when a frame-out occurs, it is extremely important to quickly detect this and stop the fuel supply.
[0005]
As a determination factor for determining the occurrence of flameout, there is a mass ratio (or weight ratio) between air and fuel in the air-fuel mixture, that is, an air-fuel ratio (also referred to as an air fuel ratio or A / F). The air-fuel ratio is a mass ratio between air and fuel used for combustion, that is, a mixing ratio, and can be obtained by dividing the flow rate of air per unit time by the flow rate of fuel per unit time. As described above, air is compressed by the air compressor and sent to the combustor. Since this air compressor is driven by the turbine, the air flow rate is proportional to the rotational speed of the turbine, and the fuel Since the flow rate is proportional to the opening of the fuel control valve, the air-fuel ratio can be derived from the rotational speed of the turbine and the opening of the fuel control valve.
[0006]
When flameout occurs, the supply of combustion gas to the turbine stops, and the rotational speed (air flow rate) of the turbine decreases. Then, the feedback control for recovering the reduced rotational speed increases the opening of the fuel control valve (fuel flow rate), so the air-fuel ratio decreases. Therefore, if the air-fuel ratio assumed when a frame-out occurs is set in advance as a reference air-fuel ratio for determining that a flame-out has occurred, the frame-out occurs when the air-fuel ratio falls below this reference air-fuel ratio. Can be determined to have occurred. Based on this, in the conventional gas turbine apparatus, a determination method for continuously monitoring the change in the air-fuel ratio and determining that a flameout has occurred when detecting that the air-fuel ratio has fallen below the set reference air-fuel ratio. Is adopted.
[0007]
When adopting the method of judging the occurrence of flame-out based on the air-fuel ratio value, depending on the set reference air-fuel ratio value, it is misidentified that the flame-out has occurred even though the frame-out has not actually occurred. May end up. This is because the value of the air-fuel ratio varies depending on the operating conditions in each aspect even during normal operation, and therefore the air-fuel ratio may be lower than the reference air-fuel ratio. Therefore, in order to avoid this misidentification, it is necessary to set the reference air-fuel ratio that should be used as a criterion for occurrence of out-of-frame to a value lower than the air-fuel ratio that is expected to decrease during normal operation.
[0008]
In particular, the air-fuel ratio that fluctuates during normal operation shows the lowest value when the gas turbine device is started. FIG. 4 is a graph showing how each numerical value fluctuates when the conventional gas turbine apparatus is started. Normally, when the gas turbine device is started, the air-fuel mixture is ignited while the rotation speed of the turbine is maintained by the starter motor (from t ₁ to t ₂ ).
[0009]
As shown in FIG. 4, after the ignition of the air-fuel mixture (t ₂ ), the turbine is accelerated by receiving a certain amount of fuel supplied. That is, the air-fuel ratio (A / F) increases almost in proportion to the increase in the number of revolutions (NR) of the turbine. Therefore, as shown in FIG. 4, the air-fuel ratio immediately after ignition (t ₂ ) shows the lowest value. For this reason, conventionally, as shown in FIG. 4, the reference air-fuel ratio that should be used as a determination criterion for occurrence of flame-out has to be set to a value (S1) lower than the air-fuel ratio immediately after ignition.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, when the reference air-fuel ratio is set low, the difference between the air-fuel ratio value (A / F1 in FIG. 4) during steady operation (at the rated speed) and the reference air-fuel ratio value (S1) is large. Therefore, when a flameout actually occurs, it takes time until the decreasing air-fuel ratio reaches the reference air-fuel ratio (S1). Then, the time lag from the actual occurrence of frame-out until it is determined that the frame-out has occurred increases. This means that the timing for stopping the supply of fuel is delayed, and there is a possibility that the accident described above may occur, which is extremely dangerous.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a gas turbine apparatus that can quickly detect that a flameout has occurred during operation.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention is a gas turbine apparatus that rotates a turbine by burning a mixture of air and fuel and supplying combustion gas generated by the combustion to the turbine. An air-fuel ratio calculation unit for calculating an air-fuel ratio of air and fuel in the air-fuel mixture, a rotation speed detection unit for detecting the rotation speed of the turbine, and an air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculation unit and the rotation speed detection A corrected air-fuel ratio calculating unit that calculates a corrected air-fuel ratio that becomes substantially constant by adding a predetermined correction value that varies according to the rotational speed detected by the unit, and a correction calculated by the corrected air-fuel ratio calculating unit And a frame-out determination unit that determines that a frame-out has occurred when the air-fuel ratio falls below a predetermined reference air-fuel ratio.
[0013]
In this case, the correction value is preferably a value obtained by multiplying a deviation between the rotation speed detected by the rotation detector and a predetermined reference rotation speed by a predetermined constant. In addition, an air compressor that pumps air supplied to the combustor driven by the turbine is provided, and the air-fuel ratio calculating unit is configured to detect the rotation speed of the turbine detected by the rotation speed detection unit and the supply amount of fuel. It is preferable to calculate the air-fuel ratio based on the opening degree of the fuel control valve that adjusts the fuel pressure.
[0014]
According to the present invention, at the time of startup, the corrected air-fuel ratio obtained by adding the correction values described above is calculated as a value that is substantially constant. Therefore, if this corrected air-fuel ratio is used as a determination factor for occurrence of flameout, the reference air-fuel ratio, which is a reference for the occurrence of flameout, can be set up to a position immediately below this corrected air-fuel ratio. . As a result, when the flame-out actually occurs, the corrected air-fuel ratio that decreases decreases immediately reaches the reference air-fuel ratio, so that the occurrence of the flame-out can be detected very quickly.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a gas turbine apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a gas turbine apparatus according to the present embodiment.
[0016]
As shown in FIG. 1, the gas turbine apparatus according to the present embodiment includes a turbine 1, a combustor 2 that burns an air-fuel mixture to generate combustion gas, and a fuel adjustment that adjusts the amount of fuel supplied to the combustor 2. A valve 19 and an air compressor 3 that pumps air to the combustor 2 are provided. Further, the gas turbine device includes a turbine control unit 11 that controls the turbine 1.
[0017]
The turbine 1 has a plurality of rotating blades (not shown) for receiving fluid and rotating, and is rotatably supported in a casing (not shown) via a rotating shaft 6. The air compressor 3 is configured to be driven by the turbine 1 via the rotating shaft 6 to compress air. The air compressor 3 is connected to the combustor 2 through a pipe 7, and the air compressed by the air compressor 3 is supplied to the combustor 2 through the pipe 7.
[0018]
The fuel adjustment valve 19 is disposed on the upstream side of the combustor 2, and fuel supplied from a fuel supply source (not shown) passes through the fuel adjustment valve 19 and is then supplied to the combustor 2. The fuel adjustment valve 19 is configured to have a variable opening, and the amount of fuel supplied to the combustor 2 is adjusted by manipulating the opening.
[0019]
The fuel and compressed air supplied to the combustor 2 form an air-fuel mixture in the combustor 2, and the air-fuel mixture burns in the combustor 2 to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustion gas is supplied to the turbine 1 to rotate the turbine 1 at a high speed. A rotation speed detection unit 12 that detects the rotation speed of the turbine 1 is installed near the shaft end of the rotation shaft 6.
[0020]
The turbine control unit 11 performs feedback control with the turbine 1 as a control target. That is, the current rotational speed and acceleration of the turbine 1 obtained by the rotational speed detection unit 12 and an acceleration calculation unit (not shown) are used as feedback values, and the fuel supply amount for minimizing the deviation between the feedback value and the target value is used. The corresponding control signal is calculated. And the flow volume of the fuel supplied to the combustor 2 is adjusted by operating the opening degree of the fuel control valve 19 according to the calculated control signal. In this way, by adjusting the fuel supply amount to the combustor 2, the amount of combustion gas supplied to the turbine 1 is adjusted, thereby controlling the rotational speed and acceleration of the turbine 1.
[0021]
Next, the frame-out determination unit provided in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2A is a schematic diagram showing an input / output path of a frame-out determination unit provided in the gas turbine apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2B is a diagram showing a calculation formula for a corrected air-fuel ratio in the present embodiment. It is. FIG. 3 is a graph showing how each numerical value fluctuates when the gas turbine apparatus according to this embodiment is started.
[0022]
The corrected air-fuel ratio calculating section 34 becomes substantially constant by adding the air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculating section 31 and a predetermined correction value that varies according to the rotational speed detected by the rotational speed detecting section 12. It is configured to calculate a corrected air-fuel ratio. Here, the predetermined correction value is a value obtained by multiplying the deviation between the rotation speed detected by the rotation detector 12 and the predetermined reference rotation speed by a predetermined constant Z.
[0023]
As shown in FIG. 2B, the correction air-fuel ratio calculation formula in the corrected air-fuel ratio calculation unit 34 is obtained by calculating the rotational speed (NR) of the turbine 1 detected by the rotational speed detection unit 12 and a predetermined reference rotational speed. The deviation is calculated by the rotational speed deviation calculating unit 21, and this deviation is multiplied by a predetermined constant Z to obtain a correction value (NRα). Further, the corrected air-fuel ratio (A / Fc) is obtained by adding the correction value (NRα) and the air-fuel ratio (A / F) calculated by the air-fuel ratio calculating unit 31.
[0024]
The corrected air-fuel ratio (A / Fc) calculated in this way is obtained as a substantially constant value. The reason for this will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, when the gas turbine device is started, the rotational speed (NR) of the turbine 1 after ignition (t ₁ ) is almost equal to a predetermined amount of fuel supply amount (opening degree of the fuel control valve 19). Ascend constant. That is, the rotational speed (NR) of the turbine 1 and the air-fuel ratio (A / F) are almost proportional to each other. Accordingly, by appropriately setting the predetermined reference rotation speed, the deviation between the reference rotation speed and the rotation speed (NR) of the turbine 1 is a value that varies in proportion to the value of the air-fuel ratio (A / F). Become. As the reference rotation speed to be set, the rated rotation speed (NR1) during no-load operation is preferable. Further, by appropriately setting the predetermined constant Z and multiplying the constant Z and the deviation, a correction value (NRα) that compensates for the decreasing air-fuel ratio (A / F) value can be obtained. Then, by adding this correction value (NRα) to the air-fuel ratio (A / F), the correction air-fuel ratio (A / Fc) calculated by the correction air-fuel ratio calculation unit 34 can be made substantially constant.
[0025]
The corrected air-fuel ratio (A / Fc) calculated as described above is then sent to the frame-out determination unit 33. The frame-out determining unit 33 is configured to determine whether or not a frame-out has occurred based on the value of the corrected air-fuel ratio sent from the corrected air-fuel ratio calculating unit 34. That is, a predetermined reference air-fuel ratio is set in advance in the frame-out determination unit 33, and when the value of the corrected air-fuel ratio falls below the reference air-fuel ratio, the frame-out determination unit 33 indicates that a frame-out has occurred. To be judged.
[0026]
As described above, the corrected air-fuel ratio calculated by the corrected air-fuel ratio calculating unit 34 is obtained as a value that is substantially constant even when the gas turbine apparatus is started. Therefore, as shown in FIG. 3, the reference air-fuel ratio set in the frame-out determination unit 33 is a value (S2) immediately below the corrected air-fuel ratio (A / Fc) compared to the conventional value (S1). You can set it up. As a result, when a flameout actually occurs, the corrected air-fuel ratio that decreases decreases immediately reaches the reference air-fuel ratio, so that it is possible to determine that a flameout has occurred extremely quickly.
[0027]
If the flame-out determination unit 33 determines that a frame-out has occurred during operation of the gas turbine apparatus, the flame-out determination unit 33 issues a command signal for closing the emergency stop valve 32. Then, the emergency stop valve 32 is actuated to stop the supply of fuel from the fuel supply source to the combustor 2, thereby making it possible to prevent an accident due to the occurrence of flameout.
[0028]
In addition, the gas turbine apparatus of this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, Of course, various changes can be added within the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the corrected air-fuel ratio calculated by the corrected air-fuel ratio calculating unit is obtained as a substantially constant value. Therefore, if this corrected air-fuel ratio is used as a determination factor for occurrence of flameout, the reference air-fuel ratio, which is a reference for the occurrence of flameout, can be set up to a position immediately below this corrected air-fuel ratio. . As a result, when the flame-out actually occurs, the corrected air-fuel ratio that decreases decreases immediately reaches the reference air-fuel ratio, so that it is possible to detect the occurrence of the flame-out very quickly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a gas turbine apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing an input / output path of a frame-out determination unit provided in a gas turbine apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) is an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the calculation formula of the correction | amendment air fuel ratio in.
FIG. 3 is a graph showing how each numerical value fluctuates when the gas turbine apparatus according to the embodiment of the present invention is started.
FIG. 4 is a graph showing how each numerical value fluctuates when a conventional gas turbine device is started.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 2 Combustor 3 Air compressor 6 Rotating shaft 7 Piping 11 Turbine control part 12 Rotational speed detection part 19 Fuel control valve 21 Rotational speed deviation calculation part 31 Air-fuel ratio calculation part 32 Emergency stop valve 33 Flame-out judgment part 34 Correction sky Fuel ratio calculator

Claims

空気と燃料との混合気を燃焼させ、該燃焼により発生した燃焼ガスをタービンに供給することにより前記タービンを回転駆動するガスタービン装置であって、
混合気における空気と燃料との空燃比を算出する空燃比算出部と、
前記タービンの回転数を検出する回転数検出部と、
前記空燃比算出部により算出された空燃比と前記回転数検出部により検出された回転数に応じて変動する所定の補正値とを加算することにより略一定となる補正空燃比を算出する補正空燃比算出部と、
前記補正空燃比算出部により算出された補正空燃比が予め設定された所定の基準空燃比を下回ったときはフレームアウトが発生したと判断するフレームアウト判断部と、を設けたことを特徴とするガスタービン装置。A gas turbine device that rotates a turbine by burning a mixture of air and fuel and supplying combustion gas generated by the combustion to the turbine,
An air-fuel ratio calculating section for calculating an air-fuel ratio of air and fuel in the air-fuel mixture;
A rotational speed detector for detecting the rotational speed of the turbine;
A corrected air-fuel ratio that is substantially constant by adding the air-fuel ratio calculated by the air-fuel ratio calculating section and a predetermined correction value that varies according to the rotation speed detected by the rotation speed detecting section is calculated. A fuel ratio calculation unit;
A frame-out determining unit that determines that a frame-out has occurred when the corrected air-fuel ratio calculated by the corrected air-fuel ratio calculating unit falls below a predetermined reference air-fuel ratio set in advance; Gas turbine device.

前記補正値は、前記回転検出部により検出された回転数と所定の基準回転数との偏差に所定の定数を乗算して得られた値であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン装置。2. The gas according to claim 1, wherein the correction value is a value obtained by multiplying a deviation between a rotation speed detected by the rotation detector and a predetermined reference rotation speed by a predetermined constant. Turbine device.

前記タービンにより駆動されて燃焼器に供給する空気を圧送する空気圧縮機を設け、前記空燃比算出部は、前記回転数検出部により検出された前記タービンの回転数と、燃料の供給量を調節する燃料調節弁の開度とに基づいて空燃比を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン装置。An air compressor that pumps air supplied to the combustor driven by the turbine is provided, and the air-fuel ratio calculation unit adjusts the turbine rotation speed detected by the rotation speed detection unit and the fuel supply amount. The gas turbine apparatus according to claim 1 or 2, wherein the air-fuel ratio is calculated based on an opening of the fuel control valve.