JP3950220B2 - ガスタービン着火検出装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン燃焼器の着火検出を排ガス温度を検知して行う着火検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は現在用いられているガスタービンの火炎検知器の機器構成図を示す。ガスタービンに採用されている火炎検知器は、ガスタービン燃焼器51の本体に取付ける紫外線検出器52及び耐圧ガラス53と制御室に設置する火炎スイッチ54で構成されている。
【0003】
紫外線検出器52には、真空管55が使用されており、燃焼器51内の火炎70から発生する紫外線60をレンズ61を介して受けると、電極間において放電が開始され、電流が流れる。この電流を火炎スイッチ54内に設けられている電子回路56において増幅し、リレー動作させる事により火炎有りを外部に出力する。
【0004】
紫外線検出器52の動作の原理は、紫外線検出器52が1900〜2600オングストロームの波長を持つ紫外線に反応し、この紫外線は通常のどの様な炎からでも放射されているものであり、反射や輻射は生じない。また検出部は特殊なガラスの容器で構成されており、中に電極が設けられ、純粋なガスをガラス容器内に封入してある。電極には、AC電圧がかけられており、電極が上記波長帯の紫外線光子を感ずると電流が流れる。単位時間あたりの電流パルス量は光線の強さに比例する。信号パルスは紫外線検出器52よりケーブル57によって火炎スイッチ54内の電子回路56へ入力し、増幅器に送られ、ここでフィルターにかけられ、積分されて増幅される。そして増幅された信号がリレーを作動させ、接点出力58を出力する。この接点出力58は「ON」の時には火炎有りで、失火と判断され、「OFF」の時には火炎なしと判断される。なお、59はチェック用のジャックである。火炎検出器は上記のような構成機器及び動作原理からなり、該検出器52を燃焼器本体51に取付けることによって油燃焼、ガス燃焼或いは油・ガス混焼による火炎監視を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前述の火炎検出器は火炎の光により失火の検出を行い、特に、ガスタービン起動中の失火トリップの検出をしている重要な計測機器である。しかし火炎検知器の設置環境が劣悪なこともあって次の様な課題がある。
【0006】
(1)センサー部分の寿命が短く、消耗品扱いされているのが現状である。
(2)また計装品の中では、比較的コスト高で、メンテナンス費用全体に占める割合も大きい。
【0007】
(3)火炎検出器の自己放電による誤った火炎検出が懸念される。
(4)火炎検出が何らかの理由で検出できなかった場合、未だ燃焼に至らぬ燃料が爆発を起こし、人災を惹起する可能性がある。
【0008】
通常、ガスタービンの燃料は多種多様であるが、燃焼器内での着火は燃料の種類を問わず検出する必要がある。又着火検出方式は、燃料の種類を問わず一定の方式が望ましい。
【0009】
着火時の排ガス温度の上昇パターンは大きく別けて図6に示すA型,B型の2通りがあり、ガス燃料では殆どA型であり、油燃料ではA型,B型のいずれかとなる。又着火検出は出来るだけ早く且つ確実にする必要がある。何故ならば、未燃燃料の過投入を避けるため着火検出時間を極力短くする必要があるからである。特にガス燃料に於いては必要なことである。
【0010】
又、温度上昇パターンがB型の場合、着火検出をA型の検出方式で行うと、図6(b)のB型のα部でカウントアップしてしまい着火検出出来ない場合がある。
【0011】
本発明は通常のガスタービン制御に於ける燃料の種類の違いによる着火検出方式の上記のような問題点を解消し、且つ着火検出に要する時間を短縮することのできるガスタービン着火検出装置を提供することを課題としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【0013】
ガス燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号のガス燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第1の着火検出装置と;油燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号の油燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第2の着火検出装置と;前記第1と第2の着火検出装置のいずれか一方の検出信号を出力する回路と;前記平均ブレードパス温度信号に基づいて、着火検出後、所定の温度上昇率を所定の着火検出時間の間継続できない場合に失火又は着火不十分として、着火検出直後の着火不充分状態を検出する回路と;同着火不充分状態を検出する回路の検出信号により前記第1着火検出装置か又は第2着火検出装置の検出信号を出力する回路をリセットする回路とを具備してなることを特徴とするガスタービン着火検出装置。
【0014】
本発明の着火検出装置は、第1の着火検出装置により主にガス燃料による温度上昇パターン(A型)の場合の平均ブレードパス温度の上昇監視を行い、着火を検出する。この場合、A型の排ガス温度は燃料入から着火点までは温度が下降ぎみに推移し、着火後急激に上昇する。第1の着火検出装置では、燃料入時の平均ブレードパス温度に対し、着火後の温度上昇率と上昇幅を設定しておく。この温度設定値は、例えば燃料入時の平均ブレードパス温度+10℃(BPT1)と、このBPT1から3秒以内に更に+30℃の温度上昇を設定(BPT2)しておき、実際の平均ブレードパス温度が設定以上に温度上昇すれば、“着火検出”とする。これは着火前のブレードパス温度がHOT START又はCOLD START等の条件により一概に決められないために燃料入時の温度を記憶し、そこを基準としBPT1,BPT2の設定を行い、実際の平均ブレードパス温度が到達すれば“着火”とするものである。温度上昇パターンがA型の場合には、第1の着火検出装置において着火検出BPT1から着火検出BPT2迄の時間は数百msecであり、着火検出時間を極力短くすることが出来る。
【0015】
又一方温度上昇パターンが主に油燃料の場合は、温度がある程度まで徐々に上昇した後、急激な温度上昇となる型(B型)であり、上記の第1の着火検出装置では着火検出がむずかしい。このため第2の着火検出装置により着火検出を行う。この場合には、平均ブレードパス温度の上昇率を所定値、例えば10℃/sec に設定しておき、10℃/sec が3秒以上続けば着火とみなすようにする。このように第1,第2の着火検出装置を並設し、いずれかの検出値を出力する回路により着火検出信号を出力し、着火検出の確度を高めるものである。
【0016】
更に、本発明では着火不充分状態検出回路を設け、所定の温度上昇率、例えば10℃/secが所定の着火検出時間、例えば、A型では2秒、B型では3秒以上継続しないと失火又は着火不充分とみなして着火不充分信号をリセット回路へ出力し、着火検出信号をリセットするので着火検出の信頼性が向上する。このように、本発明によれば、着火検出時間の短縮と着火検出の確実性の向上を可能にする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明のガスタービン着火検出装置のブロック図である。図において、10は着火検出装置本体であり、ガスタービン平均ブレードパス温度信号21を入力し、着火検出信号22を出力し、油、ガス燃焼、あるいは油、ガス混焼火炎の監視に供されるものである。
【0018】
10は着火検出装置本体であり、着火検出装置1、着火検出装置2とが設けられ、OR回路3によりその信号をセットリセット回路5へ入力している。4はAND回路であり、6は着火不充分検出装置である。AND回路4には着火不充分検出装置6とセットリセット回路5の出力信号とが入力され、その出力はセットリセット回路5のリセット側へ入力する構成である。
【0019】
上記構成の着火検出装置においては、着火検出装置1と2とを併用し、温度上昇パターンが図6(a)に示すようなA型の場合は、着火検出装置1で、温度上昇パターンB型の場合は、着火検出2で着火検出し、その信号をOR回路3からセットリセット回路5へ送り、着火検出信号22を出力する。
【0020】
又、更に着火検出後、一定時間排ガス温度の上昇率監視を継続して行う。又着火不充分検出装置6を設置して着火検出時間の短縮と確実な着火検出を実現させる。即ち、着火検出信号22が出力している状態で着火不充分検出装置6が着火不充分を検出するとAND回路4からの信号によりセットリセット回路5をリセットし、着火検出の確実性を増すようにしている。
【0021】
図2は着火検出装置1の動作説明図である。図中、実線はA型の平均ブレードパス温度(平均BPT)を示し、実際の平均BPTの着火検出(設定)BPT1に到達後3秒以内に着火検出(設定)BPT2以上に温度上昇すれば着火とみなして着火信号を発する。着火検出(設定)BPT1はFLON(燃料入)から10℃上昇した温度とし、着火検出(設定)BPT2は更にBPT1より30℃上昇した温度に設定している。
【0022】
平均BPTはFLON(燃料入)後から着火点以降は急激に上昇し、BPT1に到達し、その後3秒以内の間でBPT2に温度上昇すれば着火検出とする。このように温度上昇パターンがA型の場合に着火を確実に検出するものである。
【0023】
図3は着火検出装置2の動作説明図である。図中、実線はB型の平均ブレードパス温度(平均BPT)を示し、ΔBPT/Δtを10℃/sec に設定しておき、ΔBPT>10℃/sec が3秒以上続けば着火とする。このようにして温度上昇パターンB型の着火を確実に検出するものである。
【0024】
図4は温度上昇パターンA型の場合の着火検出直後の着火不充分検出の動作説明図である。図において、着火検出直後、平均ブレードパス温度が2秒間にわたり>10℃/sec で継続して上昇し続けることを条件とし、さもないと失火又は着火不充分とする。
【0025】
図5は温度上昇パターンB型の着火検出後の失火及び着火不充分検出の動作説明図である。図において、着火検出直後、着火が確認された後、2秒以内にΔBPT/Δt<10℃/sec となれば、失火又は着火不充分とする。
【0026】
図1に示す着火不充分検出装置6は温度上昇パターンA型の場合は図4に示す方式で、B型の場合には図5に示す方式で失火又は着火不充分の状態を検出し、着火検出信号を確実なものとする。
【0027】
ガスタービンにおいては、未燃燃料の過投入を避けるために着火検出時間は極力短くする必要があること及び着火検出のカウントアップによる着火検出不可の防止をし着火検出を出来るだけ早く且つ確実に行う必要がある。
【0028】
そのため着火検出装置1により温度上昇パターンA型の平均ブレードパス温度の上昇を監視し、着火を検出する。FLON(燃料入)時の平均ブレードパス温度に対し、図2に示すように着火後の温度〔この場合(燃料入)時の平均ブレードパス温度+10℃に上昇後3秒以内に更に+30℃の温度上昇〕を設定しておき、実際の平均ブレードパス温度が設定以上に温度上昇すれば、“着火検出”としている。
【0029】
これは着火前の平均ブレードパス温度がHOT START又はCOLD START等の条件により一概に決められないためにFLON(燃料入)時の温度を記憶し、そこを基準とし設定を行い、実際の平均ブレードパス温度が到達すれば“着火”とするものである。このように温度上昇パターンがA型の場合は、着火検出装置1の検出回路に於いて着火検出BPT1から着火検出BPT2迄の時間は数百msecであり、着火検出時間を極力短くすることが出来る。
【0030】
又、一方温度上昇パターンがB型の場合は、温度がある程度まで徐々に上昇した後、急な温度上昇となるため、着火検出装置1では検出できない。このため着火検出装置を併設し、この検出装置2により着火検出直後の温度上昇幅を監視する。
【0031】
本実施の形態においては、上記の2通りの着火検出装置1,2を併用し、着火検出の精度を高め、更に着火検出後の着火不充分検出装置の設置により着火、検出時間の短縮と着火検出の確実性を向上させることができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明のガスタービン着火検出装置は、ガス燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号のガス燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第1の着火検出装置と;油燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号の油燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第2の着火検出装置と;前記第1と第2の着火検出装置のいずれか一方の検出信号を出力する回路と;前記平均ブレードパス温度信号に基づいて、着火検出後、所定の温度上昇率を所定の着火検出時間の間継続できない場合に失火又は着火不十分として、着火検出直後の着火不充分状態を検出する回路と;同着火不充分状態を検出する回路の検出信号により前記第1着火検出装置か又は前記第2着火検出装置の検出信号を出力する回路をリセットする回路とを具備してなることを特徴としている。このような構成により、次のような効果を奏する。
【0033】
(1)火炎検出を平均ブレードパス温度の検出に替えることによって検出方法をソフトウェア化(センサーの廃止)することができ調達費及び保修費の低減を可能にするものである。
【0034】
(2)燃料の種類に拘わらず着火検出方式が一定化し着火検出を出来るだけ早く且つ確実に行い、未燃燃料の過投入及び着火検出のカウントアップを避け着火の判定を確実なものにする。従ってガスタービン運転に於ける信頼性は一段と向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火検出装置のブロック図である。
【図2】図1に示す着火検出装置1の作用の説明図である。
【図3】図1に示す着火検出装置2の作用の説明図である。
【図4】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火検出装置における温度上昇パターンでの着火不充分検出装置の作用の説明図である。
【図5】本発明の実施の一形態に係るガスタービン着火検出装置における他の温度上昇パターンでの着火不充分検出装置の作用の説明図である。
【図6】ガスタービンの燃料種類による一般的な排ガス温度上昇パターン図であり、(a)はガス燃料、(b)は油燃料の場合のパターンである。
【図7】現状の火炎検知器の構成図である。
【符号の説明】
1,2 着火検出器
3 OR回路
4 AND回路
5 セットリセット回路
6 着火不充分検出装置
10 着火検出装置全体
21 平均ブレードパス温度信号
22 着火検出信号

Claims (1)

  1. ガス燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号のガス燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第1の着火検出装置と;油燃料の燃焼による平均ブレードパス温度信号の油燃料で設定した温度上昇率と上昇幅を用いて着火を検出する第2の着火検出装置と;前記第1と第2の着火検出装置のいずれか一方の検出信号を出力する回路と;前記平均ブレードパス温度信号に基づいて、着火検出後、所定の温度上昇率を所定の着火検出時間の間継続できない場合に失火又は着火不十分として、着火検出直後の着火不充分状態を検出する回路と;同着火不充分状態を検出する回路の検出信号により前記第1着火検出装置か又は前記第2着火検出装置の検出信号を出力する回路をリセットする回路とを具備してなることを特徴とするガスタービン着火検出装置。
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