KR20230107687A - 가스 터빈 설비, 및 가스 터빈의 제어 방법 - Google Patents
가스 터빈 설비, 및 가스 터빈의 제어 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230107687A KR20230107687A KR1020237021269A KR20237021269A KR20230107687A KR 20230107687 A KR20230107687 A KR 20230107687A KR 1020237021269 A KR1020237021269 A KR 1020237021269A KR 20237021269 A KR20237021269 A KR 20237021269A KR 20230107687 A KR20230107687 A KR 20230107687A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- air
- fuel
- combustion
- gas
- combustion chamber
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 170
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 429
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 148
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 502
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 440
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 290
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 290
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 75
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 35
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 32
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 31
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 7
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
- F02C9/50—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
- F02C7/057—Control or regulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/22—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/16—Control of working fluid flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
- F02C9/50—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow
- F02C9/52—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow by bleeding or by-passing the working fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
- F02C9/50—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow
- F02C9/54—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant with control of working fluid flow by throttling the working fluid, by adjusting vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/35—Combustors or associated equipment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/01—Purpose of the control system
- F05D2270/08—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases
- F05D2270/082—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases with as little NOx as possible
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/01—Purpose of the control system
- F05D2270/08—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases
- F05D2270/083—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases by monitoring combustion conditions
- F05D2270/0831—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases by monitoring combustion conditions indirectly, at the exhaust
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
가스 터빈 설비는, 가스 터빈과, 제어 장치를 구비한다. 가스 터빈의 연소기는, 암모니아를 연료로 하여, RQL 방식을 채용하는 연소기이다. 가스 터빈의 압축기는, 압축기 케이싱 내로 유입되는 공기의 유량인 흡기량을 조절하는 흡기 조절기를 갖는다. 제어 장치는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 흡기량이 적어지도록, 흡기 조절기의 동작을 제어한다.
Description
본 개시는, 가스 터빈 설비, 및 가스 터빈의 제어 방법에 관한 것이다.
본원은, 2021년 2월 15일에, 일본에 출원된 특허출원 2021-021754호에 근거하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈은, 공기를 압축하는 압축기와, 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈을 구비하고 있다.
이와 같은 가스 터빈에서는, 연료의 연소에 의하여, NOx가 생성된다. 이 NOx의 배출량은, 법률 등에 의하여 규제되어 있다. 이 때문에, NOx의 배출량을 저감시키는 기술이 요망된다.
예를 들면, 이하의 특허문헌 1에는, 압축기가 공기를 흡입하기 전에, 이 공기를 가열함으로써, NOx의 배출량을 저감시키는 기술이 개시되어 있다
최근, 가스 터빈의 연료로서, 암모니아를 이용하는 것이 주목받고 있다.
따라서, 본 개시는, 가스 터빈의 연료로서 암모니아를 이용하는 경우에, NOx의 배출량을 저감시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서의 가스 터빈의 설비는,
가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도계와, 제어 장치를 구비한다. 상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료로서의 암모니아를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖는다. 상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱과, 상기 압축기 케이싱에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량을 조절하는 흡기 조절기를 갖는다. 상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖는다. 상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있다. 상기 연소기는, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비(燃空比)가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치(rich) 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린(lean) 연소 영역이 형성되도록 구성되어 있다. 상기 제어 장치는, 상기 NOx 농도계로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 흡기량이 적어지도록, 상기 흡기 조절기의 동작을 제어하는 흡기 제어기를 갖는다.
NOx의 발생량은, 연료의 연소 영역에 있어서의 연공비에 따라 변화한다. 본 양태의 연소기는, 연소실 내에, 리치 연소 영역과, 린 연소 영역이 형성되는 연소기이다. 따라서, 본 양태의 연소기는, RQL(Rich burn quick Quench Lean burn) 방식을 채용하는 연소기이다. 또, 본 양태의 연소기는, 암모니아를 연료로 한다. 이와 같은 연소기에서는, 가스 터빈을 정격 부하 운전으로부터 부분 부하 운전으로 이행하고 있는 과정, 및, 가스 터빈이 부분 부하 운전하고 있을 때 등(이하, 부분 부하 운전 시)에서는, 연소실로 유입되는 전연소용 공기에 대한 연소실로 분사되는 전연료 유량의 비인 연소실 연공비가 정격 부하 운전 시보다 작아진다. 그런데, 연소기에서의 NOx의 발생량은, RQL 방식을 채용하는 연소기에 한정되지 않고, 연료의 연소 영역에 있어서의 연공비에 따라 변화한다. RQL 방식을 채용하고, 암모니아를 연료로 하는 연소기에서는, 부분 부하 운전 시에, 리치 연소 영역 및 린 연소 영역에서의 연공비가 함께 작아져, 연소기로부터 배출되는 연소기의 연소 가스 중의 NOx 농도가 높아진다.
본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 흡기 제어기가, 흡기량이 적어지도록, 흡기 조절기의 동작을 제어한다. 본 양태의 RQL 방식을 채용하는 연소기에서는, 흡기량이 적어지면, 리치 연소 영역 및 린 연소 영역에서의 연공비가 함께 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 양태로서의 가스 터빈 설비는,
가스 터빈과, 공기 복귀 라인과, 복귀 공기 조절 밸브와, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도계와, 제어 장치를 구비한다. 상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖는다. 상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖는다. 상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있다. 상기 연소기는, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역이 형성되도록 구성되어 있다. 상기 공기 복귀 라인은, 상기 압축기 케이싱으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 상기 압축기 케이싱 내에 되돌릴 수 있도록 구성되어 있다. 상기 복귀 공기 조절 밸브는, 상기 공기 복귀 라인 내를 흐르는 상기 압축 공기인 복귀 공기의 유량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 제어 장치는, 상기 터빈으로부터 배기되는 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 복귀 공기의 유량이 많아지도록, 상기 복귀 공기 조절 밸브를 제어하는 복귀 공기 제어기를 갖는다.
본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 복귀 공기 제어기가, 복귀 공기의 유량이 많아지도록, 복귀 공기 조절 밸브의 동작을 제어한다. 본 양태의 RQL 방식을 채용하는 연소기에서는, 복귀 공기의 유량이 많아지면, 리치 연소 영역 및 린 연소 영역에서의 연공비가 함께 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 양태로서의 가스 터빈 설비는,
가스 터빈과, 희석 공기 조절 밸브와, 제어 장치를 구비한다. 상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료로서의 암모니아를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖는다. 상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 갖는다. 상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖는다. 상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있다. 상기 연소기는, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역이 형성되도록 구성되어 있다. 상기 희석 공기 조절 밸브는, 상기 개구로부터 상기 연소실로 도입되는 상기 희석 공기의 유량을 조절 가능한 밸브이다. 상기 제어 장치는, 상기 터빈으로부터 배기되는 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기의 유량이 증가하도록, 상기 희석 공기 조절 밸브를 제어하는 희석 공기 제어기를 갖는다.
본 양태에서는, 희석 공기 제어기에 의한 희석 공기 조절 밸브의 제어로, RQL 방식을 채용하는 연소기에 있어서의 연소실 내로 유입되는 희석 공기의 유량이 많아지면, 연소기 본체로부터 연소실 내로 분사되는 주연소용 공기의 유량이 적어진다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 린 연소 영역의 연공비가 작아지고, 리치 연소 영역의 연공비가 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서의 가스 터빈의 제어 방법은, 이하의 가스 터빈에 적용된다.
이 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖는다. 상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 갖는다. 상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖는다. 상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있다.
본 양태의 제어 방법에서는, 상기 연소기 본체로부터 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기를 분사함과 함께, 상기 개구로부터 상기 연소실 내로 상기 희석 공기를 도입하고, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역을 형성하는 연소 공정과, 상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정과, 상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 압축기 케이싱에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량을 적게 하는 흡기 제어 공정을 실행한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 양태로서의 가스 터빈의 제어 방법은, 이하의 가스 터빈에 적용된다.
이 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖는다. 상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 갖는다. 상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖는다. 상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있다.
본 양태의 제어 방법에서는, 상기 연소기 본체로부터 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기를 분사함과 함께, 상기 개구로부터 상기 연소실 내로 상기 희석 공기를 도입하고, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역을 형성하는 연소 공정과, 상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정과, 상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 압축기 케이싱으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 복귀 공기로 하여, 상기 압축기 케이싱 내로 되돌리는 유량을 많게 하는 복귀 공기 제어 공정을 실행한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 양태로서의 가스 터빈의 제어 방법은, 이하의 가스 터빈에 적용된다.
이 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖는다. 상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 갖는다. 상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖는다. 상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있다.
본 양태의 제어 방법에서는, 상기 연소기 본체로부터 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기를 분사함과 함께, 상기 개구로부터 상기 연소실 내로 상기 희석 공기를 도입하고, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역을 형성하는 연소 공정과, 상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정과, 상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기의 유량을 많게 하는 희석 공기 제어 공정을 실행한다.
본 개시의 일 양태에서는, 가스 터빈의 연료로서 암모니아를 이용하는 경우에, NOx의 배출량을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비의 모식적 구성도이다.
도 2는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 연소기의 모식적 단면도이다.
도 3은 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 4는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 5는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 7은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 8은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 개시에 관한 제3 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 10은 본 개시에 관한 제3 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 11은 본 개시에 관한 제3 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 개시에 관한 제4 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 13은 본 개시에 관한 제4 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 14는 본 개시에 관한 제4 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 개시에 관한 제5 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 16은 본 개시에 관한 제5 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 17은 본 개시에 관한 제5 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 개시에 관한 제6 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 19는 본 개시에 관한 제6 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 20은 본 개시에 관한 제6 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 연소기의 모식적 단면도이다.
도 3은 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 4는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 5는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 7은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 8은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 개시에 관한 제3 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 10은 본 개시에 관한 제3 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 11은 본 개시에 관한 제3 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 개시에 관한 제4 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 13은 본 개시에 관한 제4 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 14는 본 개시에 관한 제4 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 개시에 관한 제5 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 16은 본 개시에 관한 제5 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 17은 본 개시에 관한 제5 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 개시에 관한 제6 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 19는 본 개시에 관한 제6 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 20은 본 개시에 관한 제6 실시형태에 있어서의 각종 운전 형태에 있어서의 연공비와 NOx 농도 및 미연분 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 설비의 각종 실시형태 및 각종 변형예에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다.
<제1 실시형태>
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 설비의 제1 실시형태에 대하여, 도 1~도 5를 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 설비는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)과, 압축 공기 복귀 장치(18)와, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스 중에 포함되는 NOx분을 분해하는 탈질 장치(28)와, 탈질 장치(28)로부터 유출된 배기 가스를 외부로 배기하는 굴뚝(29)과, 가스 터빈(10)에 연료를 공급하는 연료 공급 설비(20)와, 제어 장치(50)를 구비한다.
가스 터빈(10)은, 공기 A를 압축하는 압축기(14)와, 압축기(14)로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(15)와, 고온 고압의 연소 가스에 의하여 구동하는 터빈(16)과, 흡기 덕트(12)와, 중간 케이싱(13)과, 희석 공기 조절 장치(17)를 구비한다.
압축기(14)는, 로터 축선 Ar을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(14r)와, 이 압축기 로터(14r)를 덮는 압축기 케이싱(14c)과, 이 압축기 케이싱(14c)의 흡입구에 마련되어 있는 흡기 조절기(이하, IGV(inlet guide vane)라고 한다)(14v)를 갖는다. IGV(14v)는, 제어 장치(50)로부터의 지시에 따라 압축기 케이싱(14c) 내에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량을 조절한다. 흡기 덕트(12)는, 압축기 케이싱(14c)의 흡입구에 접속되어 있다.
터빈(16)은, 연소기(15)로부터의 연소 가스에 의하여, 로터 축선 Ar을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(16r)와, 이 터빈 로터(16r)를 덮는 터빈 케이싱(16c)을 갖는다. 터빈 로터(16r)와 압축기 로터(14r)는, 동일한 로터 축선 Ar을 중심으로 하여 회전 가능하게 서로 연결되어, 가스 터빈 로터(11)를 이룬다. 이 가스 터빈 로터(11)에는, 예를 들면, 발전기의 로터가 접속되어 있다.
중간 케이싱(13)은, 로터 축선 Ar이 뻗어 있는 방향으로, 압축기 케이싱(14c)과 터빈 케이싱(16c)의 사이에 배치되고, 압축기 케이싱(14c)과 터빈 케이싱(16c)을 연결한다. 이 중간 케이싱(13) 내에는, 압축기(14)로부터 토출된 압축 공기가 유입된다.
연소기(15)는, 중간 케이싱(13)에 고정되어 있다. 이 연소기(15)는, 내부에 연소실(15s)을 형성하는 연소실 형성기(15c)와, 연소실(15s) 내로 연료로서의 암모니아 및 압축 공기를 분사하는 연소기 본체(15b)를 구비한다. 연소실 형성기(15c)는, 압축기(14)로부터의 압축 공기가 유입되는 중간 케이싱(13) 내에 배치되어 있다. 연소실(15s) 내에서는, 연료가 압축 공기 내에서 연소된다. 연료의 연소로 생성된 연소 가스는, 연소실(15s)을 흘러, 터빈(16)으로 보내진다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 연소실 형성기(15c)에는, 연소실 형성기(15c) 외부로부터 연소실(15s) 내로 압축기(14)로부터의 압축 공기의 일부인 희석 공기 Al을 도입 가능한 개구(15o)가 형성되어 있다. 이 연소기(15)는, 연소실(15s) 내에, 리치 연소 영역 RA와, ??치 영역 QA와, 린 연소 영역 LA가 형성되도록 구성되어 있다. 리치 연소 영역 RA는, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 연소기 본체(15b)로부터의 연료 F를 연소시키는 영역이다. ??치 영역 QA는, 개구(15o)로부터의 희석 공기 Al이 도입되어 리치 연소 영역 RA로부터의 가스를 희석하는 영역이다. 린 연소 영역 LA는, ??치 영역 QA로부터의 가스 중에 포함되는 연료를 연공비가 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 영역이다. 따라서, 이 연소기(15)는, RQL(rich burn-quick quench-lean burn) 방식을 채용하는 연소기이다. 또한, 린 연소 영역 LA는, 리치 연소 영역 RA로부터의 가스가 개구(15o)로부터의 희석 공기 Al에 의하여 희석되고, 희석 공기 Al에 의하여 희석된 후의 가스 중에 포함되는 연료를, 연공비가 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 영역이라고 정의하는 것도 가능하다.
린 연소 영역 LA로부터의 가스는, 터빈(16)으로 보내진다. ??치 영역 QA는, 이 린 연소 영역 LA에 대하여 연소실(15s) 내의 가스 흐름의 상류 측에 위치하고 있다. 또, 리치 연소 영역 RA는, ??치 영역 QA에 대하여 연소실(15s) 내의 가스 흐름의 상류 측에 위치하고 있다. 연소기 본체(15b)는, 연소실(15s) 내의 리치 연소 영역 RA로, 연료 F로서의 암모니아 및 압축 공기의 일부인 주연소용 공기 Am을 분사한다.
희석 공기 조절 장치(17)는, 중간 케이싱(13) 내에 배치되어 있다. 희석 공기 조절 장치(17)는, 희석 공기 조절 밸브(17v)와, 희석 공기 라인(17p)을 갖는다. 희석 공기 라인(17p)은, 희석 공기 조절 밸브(17v)와 연소실 형성기(15c)의 개구(15o)를 접속한다. 희석 공기 조절 밸브(17v)는, 희석 공기 라인(17p) 및 연소실 형성기(15c)의 개구(15o)를 통하여, 연소실(15s) 내로 도입되는 희석 공기 Al의 유량을 조절한다. 이 희석 공기 Al은, 압축기(14)로부터 중간 케이싱(13) 내로 유입된 압축 공기의 일부이다. 희석 공기 조절 밸브(17v)는, 밸브 케이싱(17vc)과, 밸브 케이싱(17vc) 내를 슬라이딩하는 밸브체(17vb)를 갖는다. 밸브체(17vb)에는, 개구가 형성되어 있다. 밸브 케이싱(17vc)에 대하여, 밸브체(17vb)가 슬라이딩함으로써, 밸브 케이싱(17vc) 내의 유로 면적이 변화하여, 희석 공기 Al의 유량이 조절된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 압축 공기 복귀 장치(18)는, 공기 복귀 라인(18p)과, 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 갖는다. 공기 복귀 라인(18p)은, 중간 케이싱(13)과 흡기 덕트(12)를 접속하여, 압축기(14)로부터의 토출된 압축 공기의 일부를 복귀 공기 Ab로 하여, 압축기(14)로 되돌리는 것이 가능하다. 복귀 공기 조절 밸브(18v)는, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량을 조절한다.
탈질 장치(28)에는, 암모니아가 공급된다. 이 탈질 장치(28)는, 이 암모니아를 이용하여, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 질소와 수증기로 분해한다.
연료 공급 설비(20)는, 암모니아 탱크(21)와, 액체 암모니아 라인(22)과, 암모니아 펌프(23)와, 연료 조절 밸브(24)와, 기화기(25)와, 기체 암모니아 라인(26)을 갖는다.
암모니아 탱크(21)에는, 액체 암모니아가 저류된다. 액체 암모니아 라인(22)은, 암모니아 탱크(21)와 기화기(25)를 접속한다. 이 액체 암모니아 라인(22)에는, 암모니아 탱크(21)로부터의 액체 암모니아를 승압하는 암모니아 펌프(23)와, 액체 암모니아 라인(22)을 흐르는 액체 암모니아의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브(24)가 마련되어 있다. 기화기(25)는, 액체 암모니아와 가열 매체를 열교환시켜, 액체 암모니아를 가열하여 기화시키는 열교환기이다. 기체 암모니아 라인(26)은, 기화기(25)와 연소기(15)를 접속한다. 이 기체 암모니아 라인(26)은, 기화기(25)로부터의 기체 암모니아를 연료로 하여, 연소기(15)로 유도한다.
가스 터빈 설비는, NOx 농도계(58)와, 미연분 농도계(59)를 더 구비한다.
NOx 농도계(58)는, 가스 터빈(10)으로부터 배기되어 탈질 장치(28)로 유입되기 전의 배기 가스 중에 포함되는 NOx의 농도를 검지한다. 미연분 농도계(59)는, 가스 터빈(10)으로부터 배기되어 탈질 장치(28)로 유입되기 전의 배기 가스 중에 포함되는 미연분인 암모니아의 농도를 검지한다.
제어 장치(50)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 연료 유량 연산기(51)와, 연료 제어기(52)와, 흡기 제어기(53)를 갖는다. 연료 유량 연산기(51)는, 외부로부터 부하 요구 PWr을 접수하고, 이 부하 요구 PWr에 따른 연료 유량을 구하여, 이것을 출력한다. 연료 제어기(52)는, 액체 연료 라인을 흐르는 연료의 유량이 연료 유량 연산기(51)로 구해진 연료 유량이 되도록, 연료 조절 밸브(24)를 제어한다. 흡기 제어기(53)는, 연료 유량 연산기(51)가 구한 연료 유량, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, IGV(14v)를 제어한다.
이상에서 설명한 제어 장치(50)는, 컴퓨터이다. 이 제어 장치(50)는, 하드웨어적으로는, 각종 연산을 행하는 CPU(Central Processing Unit)와, CPU의 워크 에어리어가 되는 메모리 등의 주 기억 장치와, 하드 디스크 드라이브 장치 등의 보조 기억 장치와, 키보드나 마우스 등의 입력 장치와, 표시 장치를 갖는다. 연료 유량 연산기(51), 연료 제어기(52), 흡기 제어기(53) 등의 제어 장치(50)에 있어서의 각 기능부는, 예를 들면, 보조 기억 장치에 기억된 제어 프로그램을 CPU가 실행함으로써, 기능한다.
여기에서, 도 5를 참조하여, 본 실시형태와 같이, RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에 있어서의 연공비와, NOx 농도 및 미연분 농도의 관계에 대하여 설명한다.
NOx 농도는, 연공비가 이론 연공비 Rt의 근방에서 최대가 된다. NOx 농도가 최대가 되는 연공비(이하, 최대 NOx 농도 연공비) Rmax를 포함하는 연공비의 영역(이하, 중연공비 영역) RRm에서는, 후술하는 다른 연공비의 영역 RRa, RRb보다, NOx 농도가 높다. 중연공비 영역 RRm은, 최대 NOx 농도 연공비 Rmax로부터 연공비가 소정 정도만큼 작은 연공비까지의 영역과, 최대 NOx 농도 연공비 Rmax로부터 연공비가 소정 정도만큼 큰 연공비까지의 영역을 합한 영역이다. 이 중연공비 영역 RRm에서는, 최대 NOx 농도 연공비 Rmax로부터 연공비가 작아짐에 따라, NOx 농도가 급격하게 작아진다. 또, 이 중연공비 영역 RRm에서는, 최대 NOx 농도 연공비 Rmax로부터 연공비가 커짐에 따라, NOx 농도가 급격하게 작아진다.
연공비가 중연공비 영역 RRm보다 작은 소연공비 영역 RRa에서는, NOx 농도가 매우 낮고, 또한, 이 소연공비 영역 RRa 내에서 연공비가 변화해도, NOx 농도는 거의 변화하지 않는다. 또, 연공비가 중연공비 영역 RRm보다 큰 대연공비 영역 RRb에서도, NOx 농도가 매우 낮고, 또한, 이 대연공비 영역 RRb 내에서 연공비가 변화해도, NOx 농도는 거의 변화하지 않는다.
한편, 중연공비 영역 RRm에서는, 미연분 농도가 매우 낮고, 이 중연공비 영역 RRm에서 연공비가 변화해도, 미연분 농도는 거의 변화하지 않는다. 소연공비 영역 RRa에서는, 연공비가 작아짐에 따라 미연분 농도가 점차 커진다. 또, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1에서는, 미연분 농도가 매우 낮고, 이 영역 RRb1에서 연공비가 변화해도, 미연분 농도는 거의 변화하지 않는다. 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 큰 영역 RRb2에서는, 연공비가 커짐에 따라, 미연분 농도가 급격하게 높아진다.
가스 터빈을 정격 부하 운전하고 있는 정격 부하 운전 시, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rrr은, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치한다. 이 때문에, 이 정격 부하 운전 시, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도 및 미연분 농도는, 매우 낮다. 또, 정격 부하 운전 시, 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rrl은, 소연공비 영역 RRa 중에서 연공비가 큰 영역 RRa1 내에 위치한다. 이 때문에, 이 정격 부하 운전 시, 이 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도 및 미연분 농도는, 매우 낮다. 또한, 연소실(15s) 내로 유입되는 전연소용 공기(주연소용 공기 Am+희석 공기 Al)의 유량과 연소실(15s) 내로 분사되는 연료의 유량의 비인 연공비(이하, 연소실 연공비)는, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비와 린 연소 영역 LA에서의 연공비의 사이의 값이다.
가스 터빈(10)을 정격 부하 운전으로부터 부분 부하 운전으로 이행하고 있는 과정, 및, 가스 터빈(10)이 부분 부하 운전하고 있을 때 등(이하, 부분 부하 운전 시)에서는, 연소기(15)에 공급되는 연료 유량이 적어져, 연소실 연공비가 정격 부하 운전 시보다 작아진다. 이 관계에서, 부분 부하 운전 시, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rpr은, 정격 부하 운전 시에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rrr보다 작아져, 중연공비 영역 RRm 내에 위치한다. 이 때문에, 이 부분 부하 운전 시, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도는, 정격 부하 운전 시보다 높아진다. 또, 이 부분 부하 운전 시, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도는, 정격 부하 운전 시와 동일하게, 매우 낮다.
이상과 같이, 단순히 부분 부하 운전하고 있을 때에는, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도가 높아져, 가스 터빈(10)으로부터 배기되는 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값보다 높아지는 경우가 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 부분 부하 운전 시에 있어서의 NOx 농도를 저하시키기 위하여, 본 실시형태에서는, 흡기 제어기(53)에 의한 흡기량의 제어를 행한다.
다음으로, 도 4에 나타내는 플로 차트에 따라, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법의 실행 수순에 대하여 설명한다.
먼저, 연소 공정 S1이 실행된다. 이 연소 공정 S1에서는, 연소기 본체(15b)로부터 주연소용 공기 Am 및 연료 F로서의 암모니아가 연소실(15s) 내로 분출된다. 또한, 개구(15o)로부터 연소실(15s) 내의 ??치 영역 QA에 희석 공기 Al이 도입된다. 이 결과, 이 연소 공정 S1에서는, 상술한 바와 같이, 연소실(15s) 내에, 리치 연소 영역 RA와, ??치 영역 QA와, 린 연소 영역 LA가, 형성된다.
이 연소 공정 S1의 실행 중, NOx 농도 검지 공정 S2 및 미연분 농도 검지 공정 S3이 실행된다. NOx 농도 검지 공정 S2에서는, NOx 농도계(58)에 의하여 배기 가스 중의 NOx 농도가 검지된다. 또, 미연분 농도 검지 공정 S3에서는, 미연분 농도계(59)에 의하여 배기 가스 중의 미연분 농도가 검지된다.
흡기 제어 공정 S4에서는, 흡기 제어기(53)가, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따라, 압축기 케이싱(14c) 내에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량이 적어짐으로써, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, IGV(14v)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 흡기 제어 공정 S4에서는, 예를 들면, 먼저, 흡기 제어기(53)가, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었는지 아닌지를 판단한다. 그리고, 흡기 제어기(53)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었다고 판단하면, 압축기 케이싱(14c) 내에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량이 미리 정해진 정도만큼 적어짐으로써, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, IGV(14v)의 동작을 제어한다. 또, 흡기 제어기(53)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 증가 중이라고 판단하면, 미리 정해진 관계를 이용하여, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따른 흡기량(또는 IGV 개도(開度))을 정해도 된다. 여기에서, 미리 정해진 관계란, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도와, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되는(또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가는) 흡기량(또는 IGV 개도)의 관계이다.
여기에서, 미리 정해진 미연분 농도 범위는, NOx 농도에 따라 정해지는 상한 미연분 농도와 하한 미연분 농도의 사이의 범위이다. 가스 터빈(10)으로부터 배기되는 배기 가스 중의 미연분은, 본 실시형태에서는 암모니아이다. 탈질 장치(28)는, 상술한 바와 같이, 암모니아를 이용하여, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 질소와 수증기로 분해한다. 이 때문에, 배기 가스 중에 미연분으로서의 암모니아가 포함되어 있으면, 이 배기 가스 중의 암모니아를 NOx의 분해 반응에 이용할 수 있어, 탈질 장치(28)에 공급하는 암모니아의 양을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 가스 중의 미연분이 NOx 농도에 따라 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, IGV(14v)의 동작을 제어한다.
이상의 IGV(14v)의 동작 제어에 의하여, IGV(14v) 개도가 작아져, 압축기 케이싱(14c) 내에 흡입되는 공기의 양인 흡기량이 적어진다.
부하가 일정하고, 흡기량이 미리 정해진 정도만큼 적어지면, 연소실 연공비는 미리 정해진 정도만큼 커진다. 이 결과, 도 5에 나타내는 바와 같이, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rir은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rpr보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 흡기량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다. 또, 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Ril은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rpl보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 소연공비 영역 RRa 중에서 연공비가 큰 영역 RRa1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 흡기량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 부분 부하 운전 시에 있어서도, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 이 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
<제2 실시형태>
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 설비의 제2 실시형태에 대하여, 도 6~도 8을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 설비는, 제1 실시형태와 동일하게, 가스 터빈(10)과, 압축 공기 복귀 장치(18)와, 탈질 장치(28)와, 굴뚝(29)과, 연료 공급 설비(20)와, 제어 장치(50a)를 구비한다. 단, 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치(50a)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 상이하다.
본 실시형태의 제어 장치(50a)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)와, 연료 제어기(52)를 갖는다. 본 실시형태의 제어 장치(50a)는, 복귀 공기 제어기(54)와, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 상이한 흡기 제어기(53a)를 더 갖는다.
본 실시형태의 흡기 제어기(53a)는, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)로부터의 연료 유량에 따라, IGV(14v)를 제어한다. 단, 본 실시형태의 흡기 제어기(53a)는, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, IGV(14v)를 제어하지 않는다. 이 대신에, 복귀 공기 제어기(54)는, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 제어한다.
다음으로, 도 7에 나타내는 플로 차트에 따라, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법의 실행 수순에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 실시형태와 동일하게, 연소 공정 S1이 실행된다. 또한, 이 연소 공정 S1의 실행 중, 제1 실시형태와 동일하게, NOx 농도 검지 공정 S2 및 미연분 농도 검지 공정 S3이 실행된다.
복귀 공기 제어 공정 S5에서는, 복귀 공기 제어기(54)가, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따라, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 복귀 공기 제어 공정 S5에서는, 예를 들면, 먼저, 복귀 공기 제어기(54)가, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었는지 아닌지를 판단한다. 그리고, 복귀 공기 제어기(54)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었다고 판단하면, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 제어한다. 이 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작 제어에 의하여, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 밸브 개도가 커져, 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아진다. 또, 복귀 공기 제어기(54)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 증가 중이라고 판단하면, 미리 정해진 관계를 이용하여, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따른 복귀 공기량(또는 복귀 공기 조절 밸브의 개도)을 정해도 된다. 여기에서, 미리 정해진 관계란, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도와, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되는(또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가는) 복귀 공기량(또는 복귀 공기 조절 밸브의 개도)의 관계이다.
부하가 일정하고, 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아지면, 제1 실시형태에 있어서, 흡기량을 적게 한 경우와 동일하게, 연소실 연공비는 미리 정해진 정도만큼 커진다. 이 결과, 도 8에 나타내는 바와 같이, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rbr은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rpr보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 복귀 공기 Ab의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다. 또, 린 연소 영역 LA에서의 연공비Rbl은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rpl보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 소연공비 영역 RRa 중에서 연공비가 큰 영역 RRa1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 복귀 공기 Ab의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 부분 부하 운전 시에 있어서도, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 이 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
<제3 실시형태>
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 설비의 제3 실시형태에 대하여, 도 9~도 11을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 설비는, 제1 실시형태와 동일하게, 가스 터빈(10)과, 압축 공기 복귀 장치(18)와, 탈질 장치(28)와, 굴뚝(29)과, 연료 공급 설비(20)와, 제어 장치(50b)를 구비한다. 단, 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치(50b)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 상이하다.
본 실시형태의 제어 장치(50b)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)와, 연료 제어기(52)를 갖는다. 본 실시형태의 제어 장치(50b)는, 희석 공기 제어기(55)와, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 상이한 흡기 제어기(53a)를 더 갖는다.
본 실시형태의 흡기 제어기(53a)는, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)로부터의 연료 유량에 따라, IGV(14v)를 제어한다. 단, 본 실시형태의 흡기 제어기(53a)는, 제2 실시형태의 흡기 제어기(53a)와 동일하게, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, IGV(14v)를 제어하지 않는다. 이 대신에, 희석 공기 제어기(55)는, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작을 제어한다.
다음으로, 도 10에 나타내는 플로 차트에 따라, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법의 실행 수순에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 실시형태와 동일하게, 연소 공정 S1이 실행된다. 또한, 이 연소 공정 S1의 실행 중, 제1 실시형태와 동일하게, NOx 농도 검지 공정 S2 및 미연분 농도 검지 공정 S3이 실행된다.
희석 공기 제어 공정 S6에서는, 희석 공기 제어기(55)가, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따라, 연소실(15s) 내로 도입되는 희석 공기 Al의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 희석 공기 제어 공정 S6에서는, 예를 들면, 먼저, 희석 공기 제어기(55)가, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었는지 아닌지를 판단한다. 그리고, 희석 공기 제어기(55)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었다고 판단하면, 연소실(15s) 내로 도입되는 희석 공기 Al의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작을 제어한다. 이 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작 제어에 의하여, 연소실(15s) 내로 유입되는 희석 공기 Al의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아지는 한편, 연소기 본체(15b)로부터 연소실(15s) 내로 분사되는 주연소용 공기 Am의 유량이 미리 정해진 정도만큼 적어진다. 또, 희석 공기 제어기(55)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 증가 중이라고 판단하면, 미리 정해진 관계를 이용하여, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따른 희석 공기량(또는 희석 공기 조절 밸브의 개도)을 정해도 된다. 여기에서, 미리 정해진 관계란, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도와, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되는(또한 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가는) 희석 공기량(또는 희석 공기 조절 밸브의 개도)의 관계이다.
이 희석 공기 조절 밸브(17v)의 이상의 동작 제어만으로는, 연소실 연공비는 변화하지 않는다.
상술한 바와 같이, 연소기 본체(15b)로부터 연소실(15s) 내로 분사되는 주연소용 공기 Am의 유량이 미리 정해진 정도만큼 적어지면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rcr은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rpr보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 희석 공기 Al의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다. 희석 공기 Al의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아져도, 린 연소 영역 LA의 연공비 Rcl은, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rpl과 다르지 않다. 이것은, 희석 공기 Al의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아져도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 공기의 유량이 미리 정해진 정도만큼 적어지기 때문이다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 희석 공기 Al의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서도, 부분 부하 운전 시에 있어서도, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 이 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
<제4 실시형태>
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 설비의 제4 실시형태에 대하여, 도 12~도 14를 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 설비는, 제1 실시형태와 동일하게, 가스 터빈(10)과, 압축 공기 복귀 장치(18)와, 탈질 장치(28)와, 굴뚝(29)과, 연료 공급 설비(20)와, 제어 장치(50c)를 구비한다. 단, 도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치(50c)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 상이하다.
본 실시형태의 제어 장치(50c)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)와, 연료 제어기(52)를 갖는다. 본 실시형태의 제어 장치(50c)는, 복귀 공기 제어기(54c)와, 협조 제어기(56)와, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 상이한 흡기 제어기(53c)를 더 갖는다.
본 실시형태의 흡기 제어기(53c)는, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)로부터의 연료 유량에 따라, IGV(14v)를 제어한다. 또, 본 실시형태의 흡기 제어기(53c)는, 협조 제어기(56)로부터의 지시에 따라 IGV(14v)를 제어한다. 복귀 공기 제어기(54c)는, 협조 제어기(56)로부터의 지시에 따라, 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어한다. 협조 제어기(56)는, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, 흡기 제어기(53c)에 의한 IGV(14v)의 동작 제어와 복귀 공기 제어기(54c)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작 제어를 협조시킨다.
다음으로, 도 13에 나타내는 플로 차트에 따라, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법의 실행 수순에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 실시형태와 동일하게, 연소 공정 S1이 실행된다. 또한, 이 연소 공정 S1의 실행 중, 제1 실시형태와 동일하게, NOx 농도 검지 공정 S2 및 미연분 농도 검지 공정 S3이 실행된다.
협조 제어기(56)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따라, 흡기 제어기(53c)에 IGV(14v)를 제어하도록 지시한다. 구체적으로, 예를 들면, 협조 제어기(56)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었는지 아닌지를 판단한다. 그리고, 협조 제어기(56)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었다고 판단하면, 흡기 제어기(53c)에 IGV(14v)를 제어하도록 지시한다. 이때, 협조 제어기(56)는, 흡기량이 미리 정해진 정도만큼 적어짐으로써, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되도록, 흡기 제어기(53c)에 지시한다. 흡기 제어기(53c)는, 이 지시를 받으면, 흡기 제어 공정 S4c에 있어서, 흡기량이 미리 정해진 정도만큼 적어져, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되도록, IGV(14v)의 동작을 제어한다. 이 IGV(14v)의 동작 제어에 의하여, IGV(14v) 개도가 작아져, 압축기 케이싱(14c) 내에 흡입되는 흡기량이 적어진다.
흡기량이 미리 정해진 정도만큼 적어지면, 연소실 연공비는 미리 정해진 정도만큼 커진다. 이 결과, 도 14에 나타내는 바와 같이, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rir은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rpr보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 흡기량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다. 또, 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Ril은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rpl보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 소연공비 영역 RRa 중에서 연공비가 큰 영역 RRa1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 흡기량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시보다, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 낮게 할 수 있다.
협조 제어기(56)는, 흡기 제어기(53c)에 의하여 IGV(14v)의 동작 제어된 후, 이하의 제1의 경우, 제2의 경우, 및 제3의 경우인지를 판단한다.
제1의 경우: 배기 가스 중의 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가 있지 않은 경우
제2의 경우: 오퍼레이터 등으로부터 배기 가스 중의 미연분 농도를 보다 저하시킨다는 요구를 접수하고 있는 경우
제3의 경우: IGV(14v)의 동작만으로는, 연공비가 미리 정해진 만큼 커지지 않는 경우
협조 제어기(56)는, 흡기 제어기(53c)에 의하여 IGV(14v)의 동작 제어된 후, 제1의 경우, 또는 제2의 경우라고 판단하면, 복귀 공기 제어기(54c)에 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어하도록 지시한다.
협조 제어기(56)는, 제1의 경우라고 판단하면, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 복귀 공기 제어기(54c)에 지시한다. 복귀 공기 제어기(54c)는, 이 지시를 받으면, 복귀 공기 제어 공정 S5c에 있어서, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어한다. 이 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작 제어에 의하여, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 밸브 개도가 커져, 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아진다.
또, 협조 제어기(56)는, 제2의 경우라고 판단하면, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, 미연분 농도가 보다 낮아지도록, 복귀 공기 제어기(54c)에 지시한다. 복귀 공기 제어기(54c)는, 이 지시를 받으면, 복귀 공기 제어 공정 S5c에 있어서, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, 미연분 농도가 보다 낮아지도록, 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어한다. 이 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작 제어에 의하여, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 밸브 개도가 커져, 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아진다.
또, 협조 제어기(56)는, 제3의 경우라고 판단하면, 공기 복귀 라인(18p)을 흐르는 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아짐으로써, 연공비가 미리 정해진 만큼 커지도록, 복귀 공기 제어기(54c)에 지시한다. 복귀 공기 제어기(54c)는, 이 지시를 받으면, 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어한다. 이 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작 제어에 의하여, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 밸브 개도가 커져, 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아진다.
이상의 복귀 공기 제어 공정 S5c의 실행으로, 도 14에 나타내는 바와 같이, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Ribr은, 상술한 흡기 제어 공정 S4c의 실행 후에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rir보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시이더라도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣거나, 또는 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 보다 낮게 할 수 있다. 또, 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Ribl은, 상술한 흡기 제어 공정 S4c의 실행 후에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Ril보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 소연공비 영역 RRa 중에서 연공비가 큰 영역 RRa1 내에 위치하게 된다.
이 때문에, 부분 부하 운전 시이더라도, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣거나, 또는 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 보다 낮게 할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 부분 부하 운전 시에 있어서도, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 이 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣거나, 또는 이 배기 가스 중의 미연분 농도를 보다 낮게 할 수 있다.
그런데, 흡기 제어 공정의 실행으로도, 복귀 공기 제어 공정의 실행으로도, 이상에서 설명한 바와 같이, 연공비를 바꿀 수 있다. 이 때문에, 흡기 제어 공정과 복귀 공기 제어 공정 중, 어느 일방을 실행하면, NOx 농도 및 미연분 농도를 조절할 수 있다. 단, 복귀 공기 제어 공정을 실행하면, 복귀 공기의 유량이 증가하기 때문에, 압축기(14)의 부하가 높아진다. 이 때문에, 복귀 공기 제어 공정을 실행한 경우, 흡기 제어 공정을 실행한 경우보다, 가스 터빈 효율이 낮아진다. 바꾸어 말하면, 복귀 공기 제어 공정을 실행하는 경우보다, 흡기 제어 공정을 실행하는 쪽이, 가스 터빈 효율이 높아진다. 또, 복귀 공기 제어 공정을 실행하면, 고온의 압축 공기의 일부가 압축기(14)로 되돌아가는 관계로, 연소기(15)로 유입되는 압축 공기의 온도가, 흡기 제어 공정을 실행한 경우보다, 높아진다. 이 결과, 복귀 공기 제어 공정을 실행하면, 흡기 제어 공정을 실행한 경우보다, 연료의 연소성이 높아져, 미연분 농도가 낮아진다.
따라서, 가스 터빈 효율을 우선하는 경우에는, 흡기 제어 공정을 실행하는 것이 바람직하고, 미연분 농도의 저하를 우선하는 경우에는, 복귀 공기 제어 공정을 실행하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시형태에서는, NOx 농도의 저감을 도모하면서도 가스 터빈 효율의 저하를 억제하기 위하여, 먼저, 흡기 제어 공정 S4c를 실행한다. 그리고, 이 흡기 제어 공정 S4c 후에, 상술한 제1의 경우 또는 제2의 경우에는, 효과적으로 미연분 농도를 저하시키기 위하여, 복귀 공기 제어 공정 S5c를 실행한다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 흡기 제어 공정 S4c의 실행 후에, 복귀 공기 제어 공정 S5c를 실행한다. 그러나, 흡기 제어 공정 S4c와 복귀 공기 제어 공정 S5c를 병행하여 실행해도 된다. 이 경우, 협조 제어기(56)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었다고 판단하면, 흡기 제어 공정 S4c 및 복귀 공기 제어 공정 S5c의 실행에서의 연공비의 증가량을, NOx 농도에 따른 미리 정해진 양으로 정한다. 다음으로, 협조 제어기(56)는, 흡기 제어 공정 S4c만의 실행에서의 연공비의 증가량과, 복귀 공기 제어 공정 S5c만의 실행에서의 연공비의 증가량의 비를 미리 정해진 비로 한다. 그리고, 협조 제어기(56)는, 이 비와, 흡기 제어 공정 S4c 및 복귀 공기 제어 공정 S5c의 실행에서의 연공비의 증가량으로부터, 각 공정에서의 연공비의 증가량을 구한다. 마지막으로, 협조 제어기(56)는, 흡기 제어기(53c)에 대하여, 흡기 제어 공정 S4c의 실행에 의한 연공비의 증가량을 전달하고, 복귀 공기 제어기(54c)에 대하여, 복귀 공기 제어 공정 S5c의 실행에 의한 연공비의 증가량을 전달한다. 즉, 이 경우, IGV(14v)에 의한 흡기량의 조절에서의 연공비의 변화량과 복귀 공기 조절 밸브(18v)에 의한 복귀 공기 Ab의 유량의 조절에서의 연공비의 변화량의 비가, 미리 정해진 비가 되도록, 흡기 제어기(53c)로 흡기 조절기를 제어시킴과 함께, 복귀 공기 제어기(54c)로 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어시킨다.
이상과 같이, 흡기 제어 공정 S4c와 복귀 공기 제어 공정 S5c를 병행하여 실행하고, 또한 가스 터빈 효율을 우선하는 경우, 흡기 제어 공정 S4c만의 실행에서의 연공비의 증가량을 복귀 공기 제어 공정 S5c만의 실행에서의 연공비의 증가량보다 많아지도록, 상술한 미리 정해진 비를 정하면 된다. 또, 미연분 농도의 저하를 우선하는 경우에는, 복귀 공기 제어 공정 S5c만의 실행에서의 연공비의 증가량을 흡기 제어 공정 S4c만의 실행에서의 연공비의 증가량보다 많아지도록, 상술한 미리 정해진 비를 정하면 된다. 또한, 이 미리 정해진 비는, 외부로부터 협조 제어기(56)에 기억되고, 협조 제어기(56)는, 이 미리 정해진 비를 이용하여 협조 제어를 행한다.
또, 상술한 바와 같이, 흡기량의 변화에 대한 NOx 농도 및 미연분 농도의 변화 감도와, 복귀 공기량의 변화에 대한 NOx 농도 및 미연분 농도의 변화 감도는, 상이하다. 이 때문에, 흡기 제어 공정 S4c와 복귀 공기 제어 공정 S5c를 병행하여 실행하는 경우, 예를 들면, IGV 개도를 크게 하면서, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 개도를 크게 하고, 또한 이들의 동작량의 비를 적절히 설정하면, NOx 농도를 일정하게 유지하면서 미연분 농도를 저하시키는 것도 가능하다. 이와 같이, IGV(14v)의 동작과 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 협조 제어함으로써, 배기 가스의 NOx와 미연분의 존재비를 변경할 수 있고, 배기 가스의 성상을 탈질에 유리한 성상으로 할 수 있다.
<제5 실시형태>
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 설비의 제5 실시형태에 대하여, 도 15~도 17을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 설비는, 제1 실시형태와 동일하게, 가스 터빈(10)과, 압축 공기 복귀 장치(18)와, 탈질 장치(28)와, 굴뚝(29)과, 연료 공급 설비(20)와, 제어 장치(50d)를 구비한다. 단, 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치(50d)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 상이하다.
본 실시형태의 제어 장치(50d)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)와, 연료 제어기(52)를 갖는다. 본 실시형태의 제어 장치(50d)는, 희석 공기 제어기(55d)와, 협조 제어기(56d)와, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 상이한 흡기 제어기(53d)를 더 갖는다.
본 실시형태의 흡기 제어기(53d)는, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)로부터의 연료 유량에 따라, IGV(14v)를 제어한다. 또, 본 실시형태의 흡기 제어기(53d)는, 협조 제어기(56d)로부터의 지시에 따라 IGV(14v)를 제어한다. 희석 공기 제어기(55d)는, 협조 제어기(56d)로부터의 지시에 따라, 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어한다. 협조 제어기(56d)는, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, 흡기 제어기(53d)에 의한 IGV(14v)의 동작 제어와 희석 공기 제어기(55d)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작 제어를 협조시킨다.
다음으로, 도 16에 나타내는 플로 차트에 따라, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법의 실행 수순에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 실시형태와 동일하게, 연소 공정 S1이 실행된다. 또한, 이 연소 공정 S1의 실행 중, 제1 실시형태와 동일하게, NOx 농도 검지 공정 S2 및 미연분 농도 검지 공정 S3이 실행된다.
협조 제어기(56d)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따라, 흡기 제어기(53d)에 IGV(14v)를 제어하도록 지시함과 함께, 희석 공기 제어기(55d)에 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어하도록 지시한다. 구체적으로, 예를 들면, 협조 제어기(56d)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었는지 아닌지를 판단한다.
그리고, 협조 제어기(56d)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었다고 판단하면, 흡기 제어기(53d)에 IGV(14v)를 제어하도록 지시함과 함께, 희석 공기 제어기(55d)에 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어하도록 지시한다.
여기에서, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었을 때, 만일, 흡기 제어 공정을 실행하지 않고, 제3 실시형태와 동일하게, 희석 공기 제어 공정만을 실행했다고 한다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 도 11을 이용하여 상술한 바와 같이, 린 연소 영역 LA의 연공비 Rcl은, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rpl과 다르지 않다.
따라서, 본 실시형태에서는, 협조 제어기(56d)는, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고, 또한, 린 연소 영역 LA로부터 유출되는 가스 중의 미연분 농도가 높아지지 않으며, 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 희석 공기 제어기(55d)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어와, 흡기 제어기(53d)에 의한 IGV(14v)의 제어를 협조 제어한다. 구체적으로, 협조 제어기(56d)는, 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않고, 리치 연소 영역의 연공비가 커지도록, 흡기 제어기(53d)에 의한 IGV(14v)의 제어로 흡기량을 적게 하면서, 희석 공기 제어기(55d)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로 희석 공기 Al의 유량을 많게 한다.
이상과 같은 협조 제어기(56d)로부터, 흡기 제어기(53d) 및 희석 공기 제어기(55d)에 대한 지시에 의하여, 흡기 제어기(53d) 및 희석 공기 제어기(55d)가 동작하여, 흡기 제어 공정 S4d 및 희석 공기 제어 공정 S6d가 실행된다.
NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었을 때, 흡기 제어 공정 S4d 및 희석 공기 제어 공정 S6d가 실행되면, 흡기량이 미리 정해진 정도만큼 적어져, 희석 공기 Al의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아진다. 이 결과, 도 17에 나타내는 바와 같이, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Ricr은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rpr보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 흡기량 및 희석 공기 Al의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다. 또, 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Ricl은, 부분 부하 운전 시이더라도, 희석 공기 제어 공정 S6d만을 실행한 경우에 있어서의 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rcl보다 미리 정해진 정도만큼 커진다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에 흡기량 및 희석 공기 Al의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 낮게 억제하여, 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 부분 부하 운전 시에 있어서도, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 이 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 협조 제어기(56d)는, 흡기 제어기(53d)에 의한 IGV(14v)의 동작 제어와 희석 공기 제어기(55d)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작 제어를 협조시킨다. 그러나, 협조 제어기(56d)는, 복귀 공기 제어기(54d)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작 제어와 희석 공기 제어기(55d)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작 제어를 협조시켜도 된다.
이 경우, 협조 제어기(56d)는, NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고, 또한, 린 연소 영역 LA로부터 유출되는 가스 중의 미연분 농도가 높아지지 않으며, 미연분 농도가 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 흡기 제어기(53d)에 의한 IGV(14v)의 동작 제어와, 희석 공기 제어기(55d)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어를 협조 제어한다. 구체적으로, 협조 제어기(56d)는, 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않고, 리치 연소 영역의 연공비가 커지도록, 복귀 공기 제어기(54d)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어로 복귀 공기 Ab의 유량을 많게 하면서, 희석 공기 제어기(55d)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로 희석 공기 Al의 유량을 많게 한다.
<제6 실시형태>
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 설비의 제6 실시형태에 대하여, 도 18~도 20을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 설비는, 제1 실시형태와 동일하게, 가스 터빈(10)과, 압축 공기 복귀 장치(18)와, 탈질 장치(28)와, 굴뚝(29)과, 연료 공급 설비(20)와, 제어 장치(50e)를 구비한다. 단, 도 18에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 제어 장치(50e)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 상이하다.
본 실시형태의 제어 장치(50e)는, 제1 실시형태의 제어 장치(50)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)와, 연료 제어기(52)를 갖는다. 본 실시형태의 제어 장치(50e)는, 복귀 공기 제어기(54e)와, 희석 공기 제어기(55e)와, 협조 제어기(56e)와, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 상이한 흡기 제어기(53e)를 더 갖는다.
본 실시형태의 흡기 제어기(53e)는, 제1 실시형태의 흡기 제어기(53)와 동일하게, 연료 유량 연산기(51)로부터의 연료 유량에 따라, IGV(14v)를 제어한다. 또, 본 실시형태의 흡기 제어기(53e)는, 협조 제어기(56e)로부터의 지시에 따라 IGV(14v)를 제어한다. 복귀 공기 제어기(54e)는, 협조 제어기(56e)로부터의 지시에 따라, 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어한다. 희석 공기 제어기(55e)는, 협조 제어기(56e)로부터의 지시에 따라, 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어한다. 협조 제어기(56e)는, NOx 농도계(58)가 검지한 NOx 농도, 및 미연분 농도계(59)가 검지한 미연분 농도에 따라, 흡기 제어기(53e)에 의한 IGV(14v)의 동작 제어와 복귀 공기 제어기(54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작 제어와 희석 공기 제어기(55e)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작 제어를 협조시킨다.
다음으로, 도 19에 나타내는 플로 차트에 따라, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법의 실행 수순에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 실시형태와 동일하게, 연소 공정 S1이 실행된다. 또한, 이 연소 공정 S1의 실행 중, 제1 실시형태와 동일하게, NOx 농도 검지 공정 S2 및 미연분 농도 검지 공정 S3이 실행된다.
협조 제어기(56e)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도에 따라, 흡기 제어기(53e)에 IGV(14v)를 제어하도록 지시하고, 복귀 공기 제어기(54e)에 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어하도록 지시하며, 또한, 희석 공기 제어기(55e)에 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어하도록 지시한다. 구체적으로, 예를 들면, 협조 제어기(56e)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었는지 아닌지를 판단한다. 그리고, 협조 제어기(56e)는, NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었다고 판단하면, 흡기 제어기(53e)에 IGV(14v)를 제어하도록 지시하고, 복귀 공기 제어기(54e)에 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어하도록 지시하며, 또한, 희석 공기 제어기(55e)에 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어하도록 지시한다.
이 결과, 흡기 제어기(53e)에 의한 흡기 제어 공정 S4e, 복귀 공기 제어기(54e)에 의한 복귀 공기 제어 공정 S5e, 및, 희석 공기 제어기(55e)에 의한 희석 공기 제어 공정 S6e가 실행된다.
이 경우, 상술한 제4 실시형태와 동일하게, 협조 제어기(56e)는, 흡기 제어기(53e)에 의한 IGV(14v)의 제어와 복귀 공기 제어기(54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 협조 제어한다. 따라서, 이 경우에서도, 흡기 제어 공정 S4e를 실행한 후에, 복귀 공기 제어 공정 S5e를 실행해도 되고, 흡기 제어 공정 S4e와 복귀 공기 제어 공정 S5e를 병행하여 실행해도 된다. 또, 이 경우, 협조 제어기(56e)는, 상술한 제5 실시형태와 동일하게, 흡기 제어기(53e)에 의한 IGV(14v)의 제어 및 복귀 공기 제어기(54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어에 대하여, 희석 공기 제어기(55e)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)를 협조 제어한다.
NOx 농도계(58)로 검지된 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되었을 때, 흡기 제어 공정 S4e, 복귀 공기 제어 공정 S5e 및 희석 공기 제어 공정 S6e가 실행되면, 흡기량이 미리 정해진 정도만큼 작아지고, 복귀 공기 Ab의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아져, 희석 공기 Al의 유량이 미리 정해진 정도만큼 많아진다. 이 결과, 도 20에 나타내는 바와 같이, 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Ribcr은, 부분 부하 운전 시이더라도, 상술한 단순한 부분 부하 운전 시에 있어서의 리치 연소 영역 RA에서의 연공비 Rpr보다 미리 정해진 정도만큼 커져, 대연공비 영역 RRb 중에서 연공비가 작은 영역 RRb1 내에 위치하게 된다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에, 흡기량, 복귀 공기 Ab의 유량, 및 희석 공기 Al의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 리치 연소 영역 RA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다. 또, 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Ribcl은, 부분 부하 운전 시이더라도, 희석 공기 제어 공정만을 실행한 경우에 있어서의 린 연소 영역 LA에서의 연공비 Rcl보다 미리 정해진 정도만큼 커진다. 이 때문에, 부분 부하 운전 시에, 흡기량, 복귀 공기 Ab의 유량, 및 희석 공기 Al의 유량을 상술한 바와 같이 제어함으로써, 부분 부하 운전 시이더라도, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 린 연소 영역 LA로부터 유출된 가스 중의 미연분 농도를 낮게 억제하여, 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 부분 부하 운전 시에 있어서도, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스 중의 NOx 농도를 매우 낮게 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 이 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 넣을 수 있다.
<변형예>
이상의 각 실시형태에 있어서의 NOx 농도계(58)는, 가스 터빈(10)으로부터 배기되어 탈질 장치(28)로 유입되기 전의 배기 가스 중에 포함되는 NOx의 농도를 검지한다. 또, 미연분 농도계(59)는, 가스 터빈(10)으로부터 배기되어 탈질 장치(28)로 유입되기 전의 배기 가스 중에 포함되는 미연분인 암모니아의 농도를 검지한다. 그러나, NOx 농도계(58)는, 탈질 장치(28)로부터 배기된 배기 가스 중에 포함되는 NOx의 농도를 검지해도 된다. 또, 미연분 농도계(59)는, 탈질 장치(28)로부터 배기된 배기 가스 중에 포함되는 미연분인 암모니아의 농도를 검지해도 된다.
이상의 각 실시형태에 있어서의 연소실 형성기(15c)는, 복수의 개구(15o)를 가져도 된다. 이 경우, 복수의 개구(15o) 중, 적어도 하나의 개구(15o)에 희석 공기 조절 장치(17)가 접속되어 있으면 된다.
이상의 각 실시형태에 있어서의 희석 공기 조절 장치(17)는, 희석 공기 조절 밸브(17v)와, 희석 공기 라인(17p)을 갖는다. 그러나, 희석 공기 조절 장치(17)는, 희석 공기 라인(17p)이 없어도 된다. 이 경우, 희석 공기 조절 밸브(17v)의 밸브 케이싱(17vc)은, 연소실 형성기(15c)에 직접 접속된다.
이상의 각 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비는, 모두, 압축 공기 복귀 장치(18), 및 희석 공기 조절 장치(17)를 구비한다. 그러나, 이상의 각 실시형태 중, 복귀 공기 제어 공정을 실행하지 않는 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비에서는, 압축 공기 복귀 장치(18)를 생략해도 된다. 또, 이상의 각 실시형태 중, 희석 공기 제어 공정을 실행하지 않는 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비에서는, 희석 공기 조절 장치(17)를 생략해도 된다.
이상, 본 개시의 실시형태 및 변형예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 개시는 상기 실시형태 및 상기 변형예에 한정되는 것은 아니다. 특허청구의 범위에 규정된 내용 및 그 균등물로부터 도출되는 본 발명의 개념적인 사상과 취지를 벗어나지 않는 범위에 있어서, 다양한 추가, 변경, 치환, 부분적 삭제 등이 가능하다.
<부기(付記)>
이상의 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비는, 예를 들면, 이하와 같이 파악된다.
(1) 제1 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
가스 터빈(10)과, 상기 가스 터빈(10)으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도계(58)와, 제어 장치(50, 50c, 50d, 50e)를 구비한다. 상기 가스 터빈(10)은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기(14)와, 상기 압축 공기 중에서 연료로서의 암모니아를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기(15)와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈(16)을 갖는다. 상기 압축기(14)는, 축선 Ar를 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터(14r)와, 상기 압축기 로터(14r)를 덮는 압축기 케이싱(14c)과, 상기 압축기 케이싱(14c)에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량을 조절하는 흡기 조절기(14v)를 갖는다. 상기 연소기(15)는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈(16)으로 유도할 수 있는 연소실(15s)을 형성하는 연소실 형성기(15c)와, 상기 연소실(15s) 내로 상기 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기 Am을 분사 가능한 연소기 본체(15b)를 갖는다. 상기 연소실 형성기(15c)에는, 상기 연소실 형성기(15c) 외부로부터 상기 연소실(15s) 내에 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기 Al을 도입 가능한 개구(15o)가 형성되어 있다. 상기 연소기(15)는, 상기 연소실(15s) 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체(15b)로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역 RA와, 상기 리치 연소 영역 RA로부터의 가스가 상기 개구(15o)로부터의 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역 LA가 형성되도록 구성되어 있다. 상기 제어 장치(50, 50c, 50d, 50e)는, 상기 NOx 농도계(58)로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 흡기량이 적어지도록, 상기 흡기 조절기(14v)의 동작을 제어하는 흡기 제어기(53, 53c, 53d, 53e)를 갖는다.
NOx의 발생량은, 연료의 연소 영역에 있어서의 연공비에 따라 변화한다. 본 양태의 연소기(15)는, 연소실(15s) 내에, 리치 연소 영역 RA와, 린 연소 영역 LA가 형성되는 연소기이다. 따라서, 본 양태의 연소기(15)는, RQL(Rich burn quick Quench Leanburn) 방식을 채용하는 연소기이다. 또, 본 양태의 연소기(15)는, 암모니아를 연료로 한다. 이와 같은 연소기(15)에서는, 가스 터빈(10)을 정격 부하 운전으로부터 부분 부하 운전으로 이행하고 있는 과정, 및, 가스 터빈(10)이 부분 부하 운전하고 있을 때 등(이하, 부분 부하 운전 시)에서는, 연소실(15s)로 유입되는 전연소용 공기에 대한 연소실(15s)로 분사되는 전연료 유량의 비인 연소실 연공비가 정격 부하 운전 시보다 작아진다. 그런데, 연소기(15)에서의 NOx의 발생량은, RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에 한정되지 않고, 연료의 연소 영역에 있어서의 연공비에 따라 변화한다. RQL 방식을 채용하고, 암모니아를 연료로 하는 연소기(15)에서는, 부분 부하 운전 시에, 리치 연소 영역 RA 및 린 연소 영역 LA에서의 연공비가 함께 작아져, 연소기(15)로부터 배출되는 연소기(15)의 연소 가스 중의 NOx 농도가 높아진다.
본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 흡기 제어기(53, 53c, 53d, 53e)가, 흡기량이 적어지도록, 흡기 조절기(14v)의 동작을 제어한다. 본 양태의 RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에서는, 흡기량이 적어지면, 리치 연소 영역 RA 및 린 연소 영역 LA에서의 연공비가 함께 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(2) 제2 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제1 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도계(59)를 더 구비하며, 상기 흡기 제어기(53, 53c, 53d, 53e)는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 흡기 조절기(14v)의 동작을 제어한다.
연소기(15)에서의 미연분의 잔류량은, RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에 한정되지 않고, 연료의 연소 영역에 있어서의 연공비에 따라 변화한다. RQL 방식을 채용하고, 암모니아를 연료로 하는 연소기(15)에서는, 부분 부하 운전 시에, 상술한 바와 같이, 리치 연소 영역 RA 및 린 연소 영역 LA에서의 연공비가 함께 작아져, 연소기(15)로부터 배출되는 연소기(15)의 연소 가스 중의 미연분 농도가 높아진다.
본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 흡기 제어기(53, 53c, 53d, 53e)가, 흡기량이 적어지도록, 흡기 조절기(14v)의 동작을 제어한다. 본 양태의 RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에서는, 흡기량이 적어지면, 리치 연소 영역 RA 및 린 연소 영역 LA에서의 연공비가 함께 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, 미연분의 배출량을 억제할 수 있어, 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도로 할 수 있다. 즉, 본 양태에서는, NOx 농도를 억제하면서도, 미연분의 배출량을 억제할 수 있어, 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내로 할 수 있다.
(3) 제3 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제1 양태 또는 상기 제2 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 압축기 케이싱(14c)으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 상기 압축기 케이싱(14c) 내로 되돌리는 것이 가능한 공기 복귀 라인(18p)과, 상기 공기 복귀 라인(18p) 내를 흐르는 상기 압축 공기인 복귀 공기 Ab의 유량을 조절 가능한 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 더 구비한다. 상기 제어 장치(50c, 50d, 50e)는, 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 제어하는 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)와, 상기 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의한 상기 흡기 조절기(14v)의 제어와 상기 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 협조시키는 협조 제어기(56, 56d, 56e)를 갖는다. 상기 협조 제어기(56, 56d, 56e)는, 상기 NOx 농도계(58)로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에, 상기 복귀 공기 Ab의 유량이 많아지도록 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어시킨다.
복귀 공기 Ab의 유량이 많아지면, 리치 연소 영역 RA 및 린 연소 영역 LA에서의 연공비가 함께 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(4) 제4 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제2 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 압축기 케이싱(14c)으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 상기 압축기 케이싱(14c) 내로 되돌리는 것이 가능한 공기 복귀 라인(18p)과, 상기 공기 복귀 라인(18p) 내를 흐르는 상기 압축 공기인 복귀 공기 Ab의 유량을 조절 가능한 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 더 구비한다. 상기 제어 장치(50c, 50d, 50e)는, 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 제어하는 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)와, 상기 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의한 상기 흡기 조절기(14v)의 제어와 상기 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 협조시키는 협조 제어기(56, 56d, 56e)를 갖는다. 상기 협조 제어기(56, 56d, 56e)는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)로 상기 흡기 조절기(14v)를 제어시킴과 함께, 상기 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)로 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어시킨다.
본 양태에서는, NOx 농도를 억제하면서도, 미연분의 배출량을 억제할 수 있어, 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내로 할 수 있다.
(5) 제5 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제4 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 협조 제어기(56, 56d, 56e)는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 상기 미리 정해진 값 미만이 되도록, 상기 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)로 상기 흡기 조절기(14v)를 제어시킨 후, 제1의 경우, 제2의 경우, 및 제3의 경우 중 어느 하나인 경우에, 상기 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)로, 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)에 의하여, 상기 복귀 공기 Ab가 많아지도록, 상기 복귀 공기 Ab의 유량을 조절시킨다. 상기 제1의 경우는, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 미연분 농도 범위 내에 들어가 있지 않은 경우이다. 상기 제2의 경우는, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 보다 저하시킨다는 요구를 접수하고 있는 경우이다. 상기 제3의 경우는, 상기 흡기 조절기(14v)의 동작만으로는, 연공비가 미리 정한 만큼 커지지 않는 경우이다.
흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의하여 흡기 조절기(14v)를 제어해도, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의하여 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어해도, 각 연소 영역에서의 연공비를 바꿀 수 있다. 이 때문에, 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의한 흡기 조절기(14v)의 제어와, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어 중, 어느 일방의 제어를 실행하면, NOx 농도 및 미연분 농도를 조절할 수 있다. 단, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어로, 복귀 공기 Ab의 유량을 많게 하면, 복귀 공기 Ab의 유량이 증가하기 때문에, 압축기(14)의 부하가 높아진다. 이 때문에, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 실행한 경우, 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의한 흡기 조절기(14v)의 제어를 실행한 경우보다, 가스 터빈 효율이 낮아진다. 또, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어로, 복귀 공기 Ab의 유량을 많게 하면, 연소기(15)로 유입되는 압축 공기의 온도가, 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의한 흡기 조절기(14v)의 제어를 실행한 경우보다, 높아진다. 이 때문에, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 실행하면, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 실행한 경우보다, 연료의 연소성이 높아져, 미연분 농도가 낮아진다.
따라서, 가스 터빈 효율을 우선하는 경우에는, 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의한 흡기 조절기(14v)의 제어를 실행하는 것이 바람직하고, 미연분 농도의 저하를 우선하는 경우에는, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 실행하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 양태에서는, NOx 농도의 저감을 도모하면서 가스 터빈 효율의 저하를 억제하기 위하여, 먼저, 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)에 의한 흡기 조절기(14v)의 제어를 실행한다. 그리고, 이 제어 후에, 제1의 경우 또는 제2의 경우에는, 효과적으로 미연분 농도를 저하시키기 위하여, 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 실행한다.
(6) 제6 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제3 양태 또는 상기 제4 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 협조 제어기(56, 56d, 56e)는, 상기 흡기 조절기(14v)에 의한 상기 흡기량의 조절에서의 연공비의 변화량과 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)에 의한 상기 복귀 공기 Ab의 유량의 조절에서의 연공비의 변화량의 비가, 미리 정해진 비가 되도록, 상기 흡기 제어기(53c, 53d, 53e)로 상기 흡기 조절기(14v)를 제어시킴과 함께, 상기 복귀 공기 제어기(54c, 54d, 54e)로 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어시킨다.
상술한 바와 같이, 가스 터빈 효율을 우선하는 경우에는, 흡기 제어기(53, 53a, 53c, 53d, 53e)에 의한 흡기 조절기(14v)의 제어를 실행하는 것이 바람직하고, 미연분 농도의 저하를 우선하는 경우에는, 복귀 공기 제어기(54, 54c, 54d, 54e)에 의한 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어를 실행하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 양태에 있어서의 미리 정해진 비를 적절히 설정함으로써, 가스 터빈 효율을 우선하는 것도, 미연분 농도의 저하를 우선하는 것도 가능해진다.
(7) 제7 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제1 양태 내지 상기 제6 양태 중 어느 일 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 개구(15o)로부터 상기 연소실(15s)로 도입되는 상기 희석 공기 Al의 유량을 조절하는 희석 공기 조절 밸브(17v)를 더 구비한다. 상기 제어 장치(50d, 50e)는, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작을 제어하는 희석 공기 제어기(55d, 55e)와, 상기 흡기 제어기(53d, 53e)에 의한 상기 흡기 조절기(14v)의 제어와 상기 희석 공기 제어기(55d, 55e)에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어를 협조시키는 협조 제어기(56d, 56e)를 갖는다. 상기 협조 제어기(56d, 56e)는, 상기 NOx 농도계(58)로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 제어기(55d, 55e)로, 상기 희석 공기 Al의 유량이 많아지도록, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어시킨다.
본 양태에서는, 희석 공기 제어기(55d, 55e)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로, RQL 방식을 채용하는 연소기(15)의 연소실(15s) 내로 유입되는 희석 공기 Al의 유량이 많아지면, 연소기 본체(15b)로부터 연소실(15s) 내에 분사되는 주연소용 공기 Am의 유량이 적어진다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않고, 리치 연소 영역 RA의 연공비가 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(8) 제8 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제7 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 협조 제어기(56d, 56e)는, 상기 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않고, 상기 리치 연소 영역 RA의 연공비가 커지도록, 상기 흡기 제어기(53d, 53e)에 의한 상기 흡기 조절기(14v)의 제어로 상기 흡기량을 적게 하면서, 상기 희석 공기 제어기(55d, 55e)에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로 상기 희석 공기 Al의 유량을 많게 한다.
RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에서는, 린 연소 영역 LA의 연공비가 소정 이상 작아지면, 린 연소 영역 LA에서의 미연분이 많아진다. 본 양태에서는, 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않기 때문에, 배기 가스 중의 미연분 농도의 증가를 억제할 수 있다.
(9) 제9 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제3 양태 내지 상기 제6 양태 중 어느 일 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 개구(15o)로부터 상기 연소실(15s)로 도입되는 상기 희석 공기 Al의 유량을 조절하는 희석 공기 조절 밸브(17v)를 더 구비한다. 상기 제어 장치(50e)는, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작을 제어하는 희석 공기 제어기(55e)를 갖는다. 상기 협조 제어기(56e)는, 상기 흡기 제어기(53e)에 의한 상기 흡기 조절기(14v)의 제어와, 상기 복귀 공기 제어기(54e)에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어와, 상기 희석 공기 제어기(55e)에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어를 협조시킨다. 상기 협조 제어기(56e)는, 상기 NOx 농도계(58)로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 제어기(55e)로, 상기 희석 공기 Al의 유량이 많아지도록, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어시킨다.
본 양태에서는, 희석 공기 제어기(55e)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로, RQL 방식을 채용하는 연소기(15)의 연소실(15s) 내로 유입되는 희석 공기 Al의 유량이 많아지면, 연소기 본체(15b)로부터 연소실(15s) 내에 분사되는 주연소용 공기 Am의 유량이 적어진다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 린 연소 영역 LA의 연공비가 작아지고, 리치 연소 영역 RA의 연공비가 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(10) 제10 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제9 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 협조 제어기(56e)는, 상기 흡기 제어기(53e), 상기 복귀 공기 제어기(54e) 및 상기 희석 공기 제어기(55e)로, 상기 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않고, 상기 리치 연소 영역의 연공비가 커지도록, 상기 흡기 조절기(14v)에 의하여 상기 흡기량을 적게 하며, 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)에 의하여 상기 복귀 공기 Ab의 유량을 많게 하면서, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)에 의하여 상기 희석 공기 Al의 유량을 많게 한다.
(11) 제11 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
가스 터빈(10)과, 공기 복귀 라인(18p)과, 복귀 공기 조절 밸브(18v)와, 상기 가스 터빈(10)으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도계(58)와, 제어 장치(50a, 50c, 50d, 50e)를 구비한다. 상기 가스 터빈(10)은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기(14)와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기(15)와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈(16)을 갖는다. 상기 연소기(15)는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈(16)으로 유도할 수 있는 연소실(15s)을 형성하는 연소실 형성기(15c)와, 상기 연소실(15s) 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기 Am을 분사 가능한 연소기 본체(15b)를 갖는다. 상기 연소실 형성기(15c)에는, 상기 연소실 형성기(15c) 외부로부터 상기 연소실(15s) 내에 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기 Al을 도입 가능한 개구(15o)가 형성되어 있다. 상기 연소기(15)는, 상기 연소실(15s) 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체(15b)로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역 RA와, 상기 리치 연소 영역 RA로부터의 가스가 상기 개구(15o)로부터의 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역 LA가 형성되도록 구성되어 있다. 상기 공기 복귀 라인(18p)은, 상기 압축기(14)로부터 토출된 압축 공기의 일부를 상기 압축기(14) 내로 되돌릴 수 있도록 구성되어 있다. 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)는, 상기 공기 복귀 라인(18p) 내를 흐르는 상기 압축 공기인 복귀 공기 Ab의 유량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 제어 장치(50a, 50c, 50d, 50e)는, 상기 터빈으로부터 배기되는 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 복귀 공기 Ab의 유량이 많아지도록, 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)를 제어하는 복귀 공기 제어기(54, 54c, 54d, 54e)를 갖는다.
본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 복귀 공기 제어기(54, 54c, 54d, 54e)가, 복귀 공기 Ab의 유량이 많아지도록, 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 제어한다. 본 양태의 RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에서는, 복귀 공기 Ab의 유량이 많아지면, 리치 연소 영역 RA 및 린 연소 영역 LA에서의 연공비가 함께 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(12) 제12 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제11 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도계(59)를 더 구비한다. 상기 복귀 공기 제어기(54, 54c, 54d, 54e)는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 동작을 제어한다.
본 양태에서는, NOx 농도를 억제하면서도, 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내로 할 수 있다.
(13) 제13 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제11 양태 또는 상기 제12 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 개구(15o)로부터 상기 연소실(15s)로 도입되는 상기 희석 공기 Al의 유량을 조절하는 희석 공기 조절 밸브(17v)를 더 구비한다. 상기 제어 장치(50d, 50e)는, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 동작을 제어하는 희석 공기 제어기(55d, 55e)와, 상기 복귀 공기 제어기(54d, 54e)에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어와 상기 희석 공기 제어기(55d, 55e)에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어를 협조시키는 협조 제어기(56d, 56e)를 갖는다. 상기 협조 제어기(56d, 56e)는, 상기 NOx 농도계(58)로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 제어기(55d, 55e)로, 상기 희석 공기 Al의 유량이 많아지도록, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어시킨다.
본 양태에서는, 희석 공기 제어기(55d, 55e)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로, RQL 방식을 채용하는 연소기(15)의 연소실(15s) 내로 유입되는 희석 공기 Al의 유량이 많아지면, 연소기 본체(15b)로부터 연소실(15s) 내에 분사되는 주연소용 공기 Am의 유량이 적어진다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 린 연소 영역 LA의 연공비가 작아지고, 리치 연소 영역 RA의 연공비가 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(14) 제14 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제13 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 협조 제어기(56d, 56e)는, 상기 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않고, 상기 리치 연소 영역의 연공비가 커지도록, 상기 복귀 공기 제어기(54d, 54e)에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브(18v)의 제어로 상기 복귀 공기 Ab의 유량을 많게 하면서, 상기 희석 공기 제어기(55d, 55e)에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로 상기 희석 공기 Al의 유량을 많게 한다.
RQL 방식을 채용하는 연소기(15)에서는, 린 연소 영역 LA의 연공비가 소정 이상 작아지면, 린 연소 영역 LA에서의 미연분이 많아진다. 본 양태에서는, 린 연소 영역 LA의 연공비가 변하지 않기 때문에, 배기 가스 중의 미연분 농도의 증가를 억제할 수 있다.
(15) 제15 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
가스 터빈(10)과, 희석 공기 조절 밸브(17v)와, 제어 장치(50b, 50d, 50e)를 구비한다. 상기 가스 터빈(10)은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기(14)와, 상기 압축 공기 중에서 연료로서의 암모니아를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기(15)와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈(16)을 갖는다. 상기 압축기(14)는, 축선 Ar을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터(14r)와, 상기 압축기 로터(14r)를 덮는 압축기 케이싱(14c)을 갖는다. 상기 연소기(15)는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈(16)으로 유도할 수 있는 연소실(15s)을 형성하는 연소실 형성기(15c)와, 상기 연소실(15s) 내로 상기 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기 Am을 분사 가능한 연소기 본체(15b)를 갖는다. 상기 연소실 형성기(15c)에는, 상기 연소실 형성기(15c) 외부로부터 상기 연소실(15s) 내에 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기 Al을 도입 가능한 개구(15o)가 형성되어 있다. 상기 연소기(15)는, 상기 연소실(15s) 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체(15b)로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역 RA와, 상기 리치 연소 영역 RA로부터의 가스가 상기 개구(15o)로부터의 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역 LA가 형성되도록 구성되어 있다. 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)는, 상기 개구(15o)로부터 상기 연소실(15s)로 도입되는 상기 희석 공기 Al의 유량을 조절 가능한 밸브이다. 상기 제어 장치(50b, 50d, 50e)는, 상기 터빈으로부터 배기되는 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 Al의 유량이 증가하도록, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어하는 희석 공기 제어기(55, 55d, 55e)를 갖는다.
본 양태에서는, 희석 공기 제어기(55, 55d, 55e)에 의한 희석 공기 조절 밸브(17v)의 제어로, RQL 방식을 채용하는 연소기(15)의 연소실(15s) 내로 유입되는 희석 공기 Al의 유량이 많아지면, 연소기 본체(15b)로부터 연소실(15s) 내로 분사되는 주연소용 공기 Am의 유량이 적어진다. 이 때문에, 본 양태에서는, 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 이상이 되면, 린 연소 영역 LA의 연공비가 작아지고, 리치 연소 영역 RA의 연공비가 커진다. 이 결과, 본 양태에서는, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(16) 제16 양태에 있어서의 가스 터빈 설비는,
상기 제15 양태에 있어서의 가스 터빈 설비에 있어서, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도계(59)를 더 구비한다. 상기 희석 공기 제어기(55, 55d, 55e)는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 희석 공기 조절 밸브(17v)를 제어한다.
본 양태에서는, NOx 농도를 억제하면서도, 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내로 할 수 있다.
이상의 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은, 예를 들면, 이하와 같이 파악된다.
(17) 제17 양태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은, 이하의 가스 터빈에 적용된다.
이 가스 터빈(10)은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기(14)와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기(15)와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈(16)을 갖는다. 상기 압축기(14)는, 축선 Ar을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터(14r)와, 상기 압축기 로터(14r)를 덮는 압축기 케이싱(14c)을 갖는다. 상기 연소기(15)는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실(15s)을 형성하는 연소실 형성기(15c)와, 상기 연소실(15s) 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기 Am을 분사 가능한 연소기 본체(15b)를 갖는다. 상기 연소실 형성기(15c)에는, 상기 연소실 형성기(15c) 외부로부터 상기 연소실(15s) 내에 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기 Al을 도입 가능한 개구(15o)가 형성되어 있다.
본 양태의 제어 방법에서는, 상기 연소기 본체(15b)로부터 상기 연소실(15s) 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기 Am을 분사함과 함께, 상기 개구(15o)로부터 상기 연소실(15s) 내로 상기 희석 공기 Al을 도입하고, 상기 연소실(15s) 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체(15b)로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역 RA와, 상기 리치 연소 영역 RA로부터의 가스가 상기 개구(15o)로부터의 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역 LA를 형성하는 연소 공정 S1과, 상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈(10)으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정 S2와, 상기 NOx 농도 검지 공정 S2에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 압축기 케이싱(14c)에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량을 적게 하는 흡기 제어 공정 S4, S4c, S4d, S4e를 실행한다.
본 양태에서는, 제1 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(18) 제18 양태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은,
상기 제17 양태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법에 있어서, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도 검지 공정 S3을 더 실행한다. 상기 흡기 제어 공정 S4, S4c, S4d, S4e에서는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 상기 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 흡기량을 제어한다.
본 양태에서는, 제2 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx 농도를 억제하면서도, 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내로 할 수 있다.
(19) 제19 양태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법은,
상기 제17 양태 또는 상기 제18 양태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법에 있어서, 상기 NOx 농도 검지 공정 S2에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 흡기 제어 공정 S4c, S4e와 함께, 상기 압축기 케이싱(14c)으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 복귀 공기 Ab로 하여, 상기 압축기 케이싱(14c) 내로 되돌리는 유량을 많게 하는 복귀 공기 제어 공정 S5c, S5e를 더 실행한다.
본 양태에서는, 제3 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(20) 제20 양태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은,
상기 제17 양태 내지 상기 제19 양태 중 어느 일 양태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법에 있어서, 상기 NOx 농도 검지 공정 S2에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 흡기 제어 공정 S4e와 함께, 상기 희석 공기 Al의 유량을 많게 하는 희석 공기 제어 공정 S6e를 더 실행한다.
본 양태에서는, 제7 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(21) 제21 양태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은, 이하의 가스 터빈에 적용된다.
이 가스 터빈(10)은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기(14)와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기(15)와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈(16)을 갖는다. 상기 압축기(14)는, 축선 Ar을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터(14r)와, 상기 압축기 로터(14r)를 덮는 압축기 케이싱(14c)을 갖는다. 상기 연소기(15)는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈(16)으로 유도할 수 있는 연소실(15s)을 형성하는 연소실 형성기(15c)와, 상기 연소실(15s) 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기 Am을 분사 가능한 연소기 본체(15b)를 갖는다. 상기 연소실 형성기(15c)에는, 상기 연소실 형성기(15c) 외부로부터 상기 연소실(15s) 내에 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기 Al을 도입 가능한 개구(15o)가 형성되어 있다.
본 양태의 제어 방법에서는, 상기 연소기 본체(15b)로부터 상기 연소실(15s) 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기 Am을 분사함과 함께, 상기 개구(15o)로부터 상기 연소실(15s) 내로 상기 희석 공기 Al을 도입하고, 상기 연소실(15s) 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체(15b)로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역 RA와, 상기 리치 연소 영역 RA로부터의 가스가 상기 개구(15o)로부터의 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역 LA를 형성하는 연소 공정 S1과, 상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈(10)으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정 S2와, 상기 NOx 농도 검지 공정 S2에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 압축기 케이싱(14c)으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 복귀 공기 Ab로 하여, 상기 압축기 케이싱(14c) 내로 되돌리는 유량을 많게 하는 복귀 공기 제어 공정 S5, S5c, S5e를 실행한다.
본 양태에서는, 제11 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(22) 제22 양태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은,
상기 제21 양태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법에 있어서, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도 검지 공정 S3을 더 실행하며, 상기 복귀 공기 제어 공정 S5, S5c, S5e에서는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 상기 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 복귀 공기 Ab의 유량을 제어한다.
본 양태에서는, 제12 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx 농도를 억제하면서도, 배기 가스 중의 미연분 농도를 미리 정해진 미연분 농도 범위 내로 할 수 있다.
(23) 제23 양태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은,
상기 제21 양태 또는 상기 제22 양태에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어 방법에 있어서, 상기 NOx 농도 검지 공정 S2에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 복귀 공기 제어 공정 S5e와 함께, 상기 희석 공기 Al의 유량을 많게 하는 희석 공기 제어 공정 S6e를 더 실행한다.
본 양태에서는, 제13 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
(24) 제24 양태에 있어서의 가스 터빈의 제어 방법은, 이하의 가스 터빈에 적용된다.
이 가스 터빈(10)은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기(14)와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기(15)와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈(16)을 갖는다. 상기 압축기(14)는, 축선 Ar을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터(14r)와, 상기 압축기 로터(14r)를 덮는 압축기 케이싱(14c)을 갖는다. 상기 연소기(15)는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈(16)으로 유도할 수 있는 연소실(15s)을 형성하는 연소실 형성기(15c)와, 상기 연소실(15s) 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기 Am을 분사 가능한 연소기 본체(15b)를 갖는다. 상기 연소실 형성기(15c)에는, 상기 연소실 형성기(15c) 외부로부터 상기 연소실(15s) 내에 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기 Al을 도입 가능한 개구(15o)가 형성되어 있다.
본 양태의 제어 방법에서는, 상기 연소기 본체(15b)로부터 상기 연소실(15s) 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기 Am을 분사함과 함께, 상기 개구(15o)로부터 상기 연소실(15s) 내로 상기 희석 공기 Al을 도입하고, 상기 연소실(15s) 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체(15b)로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역 RA와, 상기 리치 연소 영역 RA로부터의 가스가 상기 개구(15o)로부터의 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기 Al에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역 LA를 형성하는 연소 공정 S1과, 상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈(10)으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정 S2와, 상기 NOx 농도 검지 공정 S2에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 Al의 유량을 많게 하는 희석 공기 제어 공정 S6, S6d, S6e를 실행한다.
본 양태에서는, 제15 양태에 있어서의 가스 터빈 설비와 동일하게, NOx의 배출량을 억제할 수 있다.
본 개시의 일 양태에서는, 가스 터빈의 연료로서 암모니아를 이용하는 경우에, NOx의 배출량을 저감시킬 수 있다.
10: 가스 터빈
11: 가스 터빈 로터
12: 흡기 덕트
13: 중간 케이싱
14: 압축기
14r: 압축기 로터
14c: 압축기 케이싱
14v: 흡기 조절기(또는 IGV)
15: 연소기
15b: 연소기 본체
15c: 연소실 형성기
15o: 개구
15s: 연소실
16: 터빈
16r: 터빈 로터
16c: 터빈 케이싱
17: 희석 공기 조절 장치
17p: 희석 공기 라인
17v: 희석 공기 조절 밸브
17vb: 밸브체
17vc: 밸브 케이싱
18: 압축 공기 복귀 장치
18p: 공기 복귀 라인
18v: 복귀 공기 조절 밸브
16: 터빈
16r: 터빈 로터
16c: 터빈 케이싱
20: 연료 공급 설비
21: 암모니아 탱크
22: 액체 암모니아 라인
23: 암모니아 펌프
24: 연료 조절 밸브
25: 기화기
26: 기체 암모니아 라인
28: 탈질 장치
29: 굴뚝
50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e: 제어 장치
51: 연료 유량 연산기
52: 연료 제어기
53, 53a, 53c, 53d, 53e: 흡기 제어기
54, 54c, 54d, 54e: 복귀 공기 제어기
55, 55d, 55e: 희석 공기 제어기
56, 56d, 56e: 협조 제어기
58: NOx 농도계
59: 미연분 농도계
LA: 린 연소 영역
RA: 리치 연소 영역
QA: ??치 영역
Ab: 복귀 공기
Al: 희석 공기
Am: 주연소용 공기
11: 가스 터빈 로터
12: 흡기 덕트
13: 중간 케이싱
14: 압축기
14r: 압축기 로터
14c: 압축기 케이싱
14v: 흡기 조절기(또는 IGV)
15: 연소기
15b: 연소기 본체
15c: 연소실 형성기
15o: 개구
15s: 연소실
16: 터빈
16r: 터빈 로터
16c: 터빈 케이싱
17: 희석 공기 조절 장치
17p: 희석 공기 라인
17v: 희석 공기 조절 밸브
17vb: 밸브체
17vc: 밸브 케이싱
18: 압축 공기 복귀 장치
18p: 공기 복귀 라인
18v: 복귀 공기 조절 밸브
16: 터빈
16r: 터빈 로터
16c: 터빈 케이싱
20: 연료 공급 설비
21: 암모니아 탱크
22: 액체 암모니아 라인
23: 암모니아 펌프
24: 연료 조절 밸브
25: 기화기
26: 기체 암모니아 라인
28: 탈질 장치
29: 굴뚝
50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e: 제어 장치
51: 연료 유량 연산기
52: 연료 제어기
53, 53a, 53c, 53d, 53e: 흡기 제어기
54, 54c, 54d, 54e: 복귀 공기 제어기
55, 55d, 55e: 희석 공기 제어기
56, 56d, 56e: 협조 제어기
58: NOx 농도계
59: 미연분 농도계
LA: 린 연소 영역
RA: 리치 연소 영역
QA: ??치 영역
Ab: 복귀 공기
Al: 희석 공기
Am: 주연소용 공기
Claims (24)
- 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도계와, 제어 장치를 구비하며,
상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료로서의 암모니아를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖고,
상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱과, 상기 압축기 케이싱에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량을 조절하는 흡기 조절기를 가지며,
상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 가지며,
상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되고,
상기 연소기는, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역이 형성되도록 구성되고,
상기 제어 장치는, 상기 NOx 농도계로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 흡기량이 적어지도록, 상기 흡기 조절기의 동작을 제어하는 흡기 제어기를 갖는, 가스 터빈 설비. - 청구항 1에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도계를 더 구비하고,
상기 흡기 제어기는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되며 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 흡기 조절기의 동작을 제어하는, 가스 터빈 설비. - 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 압축기 케이싱으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 상기 압축기 케이싱 내로 되돌리는 것이 가능한 공기 복귀 라인과, 상기 공기 복귀 라인 내를 흐르는 상기 압축 공기인 복귀 공기의 유량을 조절 가능한 복귀 공기 조절 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 복귀 공기 조절 밸브의 동작을 제어하는 복귀 공기 제어기와, 상기 흡기 제어기에 의한 상기 흡기 조절기의 제어와 상기 복귀 공기 제어기에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브의 제어를 협조시키는 협조 제어기를 가지며,
상기 협조 제어기는, 상기 NOx 농도계로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 복귀 공기 제어기에, 상기 복귀 공기의 유량이 많아지도록 상기 복귀 공기 조절 밸브를 제어시키는, 가스 터빈 설비. - 청구항 2에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 압축기 케이싱으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 상기 압축기 케이싱 내로 되돌리는 것이 가능한 공기 복귀 라인과, 상기 공기 복귀 라인 내를 흐르는 상기 압축 공기인 복귀 공기의 유량을 조절 가능한 복귀 공기 조절 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 복귀 공기 조절 밸브의 동작을 제어하는 복귀 공기 제어기와, 상기 흡기 제어기에 의한 상기 흡기 조절기의 제어와 상기 복귀 공기 제어기에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브의 제어를 협조시키는 협조 제어기를 가지며,
상기 협조 제어기는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되고 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 흡기 제어기로 상기 흡기 조절기를 제어시킴과 함께, 상기 복귀 공기 제어기로 상기 복귀 공기 조절 밸브를 제어시키는, 가스 터빈 설비. - 청구항 4에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 협조 제어기는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 상기 미리 정해진 값 미만이 되도록, 상기 흡기 제어기로 상기 흡기 조절기를 제어시킨 후, 제1의 경우, 제2의 경우, 및 제3의 경우 중 어느 하나의 경우에, 상기 복귀 공기 제어기로, 상기 복귀 공기 조절 밸브에 의하여, 상기 복귀 공기가 많아지도록, 상기 복귀 공기의 유량을 조절시키고,
상기 제1의 경우는, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 미연분 농도 범위 내에 들어가 있지 않은 경우이며,
상기 제2의 경우는, 상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 보다 저하시킨다는 요구를 접수하고 있는 경우이고,
상기 제3의 경우는, 상기 흡기 조절기의 동작만으로는, 연공비가 미리 정한 만큼 커지지 않는 경우인, 가스 터빈 설비. - 청구항 3 또는 청구항 4에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 협조 제어기는, 상기 흡기 조절기에 의한 상기 흡기량의 조절에서의 연공비의 변화량과 상기 복귀 공기 조절 밸브에 의한 상기 복귀 공기의 유량의 조절에서의 연공비의 변화량의 비가, 미리 정해진 비가 되도록, 상기 흡기 제어기로 상기 흡기 조절기를 제어시킴과 함께, 상기 복귀 공기 제어기로 상기 복귀 공기 조절 밸브를 제어시키는, 가스 터빈 설비. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 개구로부터 상기 연소실 내로 도입되는 상기 희석 공기의 유량을 조절하는 희석 공기 조절 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 희석 공기 조절 밸브의 동작을 제어하는 희석 공기 제어기와, 상기 흡기 제어기에 의한 상기 흡기 조절기의 제어와 상기 희석 공기 제어기에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브의 제어를 협조시키는 협조 제어기를 가지며,
상기 협조 제어기는, 상기 NOx 농도계로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 제어기로, 상기 희석 공기의 유량이 많아지도록, 상기 희석 공기 조절 밸브를 제어시키는, 가스 터빈 설비. - 청구항 7에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 협조 제어기는, 상기 린 연소 영역의 연공비가 변하지 않고, 상기 리치 연소 영역의 연공비가 커지도록, 상기 흡기 제어기에 의한 상기 흡기 조절기의 제어로 상기 흡기량을 적게 하면서, 상기 희석 공기 제어기에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브의 제어로 상기 희석 공기의 유량을 많게 하는, 가스 터빈 설비. - 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 개구로부터 상기 연소실 내로 도입되는 상기 희석 공기의 유량을 조절하는 희석 공기 조절 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 희석 공기 조절 밸브의 동작을 제어하는 희석 공기 제어기를 가지며,
상기 협조 제어기는, 상기 흡기 제어기에 의한 상기 흡기 조절기의 제어와, 상기 복귀 공기 제어기에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브의 제어와, 상기 희석 공기 제어기에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브의 제어를 협조시키고,
상기 협조 제어기는, 상기 NOx 농도계로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 제어기로, 상기 희석 공기의 유량이 많아지도록, 상기 희석 공기 조절 밸브를 제어시키는, 가스 터빈 설비. - 청구항 9에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 협조 제어기는, 상기 흡기 제어기, 상기 복귀 공기 제어기 및 상기 희석 공기 제어기로, 상기 린 연소 영역의 연공비가 변하지 않고, 상기 리치 연소 영역의 연공비가 커지도록, 상기 흡기 조절기에 의하여 상기 흡기량을 적게 하며, 상기 복귀 공기 조절 밸브에 의하여 상기 복귀 공기의 유량을 많게 하면서, 상기 희석 공기 조절 밸브에 의하여 상기 희석 공기의 유량을 많게 하는, 가스 터빈 설비. - 가스 터빈과, 공기 복귀 라인과, 복귀 공기 조절 밸브와, 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도계와, 제어 장치를 구비하며,
상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖고,
상기 연소기는, 상기 연료가 연소되며, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖고,
상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되며,
상기 연소기는, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역이 형성되도록 구성되며,
상기 공기 복귀 라인은, 상기 압축기로부터 토출된 압축 공기의 일부를 상기 압축기 내로 되돌릴 수 있도록 구성되고,
상기 복귀 공기 조절 밸브는, 상기 공기 복귀 라인 내를 흐르는 상기 압축 공기인 복귀 공기의 유량을 조절할 수 있도록 구성되며,
상기 제어 장치는, 상기 터빈으로부터 배기되는 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 복귀 공기의 유량이 많아지도록, 상기 복귀 공기 조절 밸브를 제어하는 복귀 공기 제어기를 갖는, 가스 터빈 설비. - 청구항 11에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도계를 더 구비하고,
상기 복귀 공기 제어기는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되며 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 복귀 공기 조절 밸브의 동작을 제어하는, 가스 터빈 설비. - 청구항 11 또는 청구항 12에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 개구로부터 상기 연소실로 도입되는 상기 희석 공기의 유량을 조절하는 희석 공기 조절 밸브를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 희석 공기 조절 밸브의 동작을 제어하는 희석 공기 제어기와, 상기 복귀 공기 제어기에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브의 제어와 상기 희석 공기 제어기에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브의 제어를 협조시키는 협조 제어기를 가지며,
상기 협조 제어기는, 상기 NOx 농도계로 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기 제어기로, 상기 희석 공기의 유량이 많아지도록, 상기 희석 공기 조절 밸브를 제어시키는, 가스 터빈 설비. - 청구항 13에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 협조 제어기는, 상기 린 연소 영역의 연공비가 변하지 않고, 상기 리치 연소 영역의 연공비가 커지도록, 상기 복귀 공기 제어기에 의한 상기 복귀 공기 조절 밸브의 제어로 상기 복귀 공기의 유량을 많게 하면서, 상기 희석 공기 제어기에 의한 상기 희석 공기 조절 밸브의 제어로 상기 희석 공기의 유량을 많게 하는, 가스 터빈 설비. - 가스 터빈과, 희석 공기 조절 밸브와, 제어 장치를 구비하며,
상기 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료로서의 암모니아를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖고,
상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 가지며,
상기 연소기는, 상기 연료가 연소되고, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 가지며,
상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되고,
상기 연소기는, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되며, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역이 형성되도록 구성되고,
상기 희석 공기 조절 밸브는, 상기 개구로부터 상기 연소실로 도입되는 상기 희석 공기의 유량을 조절 가능한 밸브이며,
상기 제어 장치는, 상기 터빈으로부터 배기되는 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기의 유량이 증가하도록, 상기 희석 공기 조절 밸브를 제어하는 희석 공기 제어기를 갖는, 가스 터빈 설비. - 청구항 15에 기재된 가스 터빈 설비에 있어서,
상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도계를 더 구비하고,
상기 희석 공기 제어기는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되며 또한 상기 배기 가스 중의 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 희석 공기 조절 밸브를 제어하는, 가스 터빈 설비. - 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖고,
상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 가지며,
상기 연소기는, 상기 연료가 연소되며, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖고,
상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있는 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 연소기 본체로부터 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기를 분사함과 함께, 상기 개구로부터 상기 연소실 내로 상기 희석 공기를 도입하며, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역을 형성하는 연소 공정과,
상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정과,
상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 압축기 케이싱에 흡입되는 공기의 유량인 흡기량을 적게 하는 흡기 제어 공정을 실행하는, 가스 터빈의 제어 방법. - 청구항 17에 기재된 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도 검지 공정 을 더 실행하고,
상기 흡기 제어 공정에서는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되며 또한 상기 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 흡기량을 제어하는, 가스 터빈의 제어 방법. - 청구항 17 또는 청구항 18에 기재된 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 흡기 제어 공정과 함께, 상기 압축기 케이싱으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 복귀 공기로 하여, 상기 압축기 케이싱 내로 되돌리는 유량을 많게 하는 복귀 공기 제어 공정을 더 실행하는, 가스 터빈의 제어 방법. - 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 흡기 제어 공정과 함께, 상기 희석 공기의 유량을 많게 하는 희석 공기 제어 공정을 더 실행하는, 가스 터빈의 제어 방법. - 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖고,
상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 가지며,
상기 연소기는, 상기 연료가 연소되며, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖고,
상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있는 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 연소기 본체로부터 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기를 분사함과 함께, 상기 개구로부터 상기 연소실 내로 상기 희석 공기를 도입하며, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역을 형성하는 연소 공정과,
상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정과,
상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 압축기 케이싱으로부터 토출된 압축 공기의 일부를 복귀 공기로 하여, 상기 압축기 케이싱 내로 되돌리는 유량을 많게 하는 복귀 공기 제어 공정을 실행하는, 가스 터빈의 제어 방법. - 청구항 21에 기재된 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 배기 가스 중의 미연분 농도를 검지하는 미연분 농도 검지 공정을 더 실행하고,
상기 복귀 공기 제어 공정에서는, 상기 배기 가스 중의 NOx 농도가 미리 정해진 값 미만이 되며 또한 상기 미연분 농도가 상기 NOx 농도에 따라 정해지는 미리 정해진 미연분 농도 범위 내에 들어가도록, 상기 복귀 공기의 유량을 제어하는, 가스 터빈의 제어 방법. - 청구항 21 또는 청구항 22에 기재된 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 복귀 공기 제어 공정과 함께, 상기 희석 공기의 유량을 많게 하는 희석 공기 제어 공정을 더 실행하는, 가스 터빈의 제어 방법. - 공기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성할 수 있는 연소기와, 상기 연소 가스에 의하여 구동 가능한 터빈을 갖고,
상기 압축기는, 축선을 중심으로 하여 회전 가능한 압축기 로터와, 상기 압축기 로터를 덮는 압축기 케이싱을 가지며,
상기 연소기는, 상기 연료가 연소되며, 또한 상기 연료의 연소로 생성된 상기 연소 가스를 상기 터빈으로 유도할 수 있는 연소실을 형성하는 연소실 형성기와, 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 암모니아 및 상기 압축 공기의 일부인 주연소용 공기를 분사 가능한 연소기 본체를 갖고,
상기 연소실 형성기에는, 상기 연소실 형성기 외부로부터 상기 연소실 내로 상기 압축 공기의 일부인 희석 공기를 도입 가능한 개구가 형성되어 있는 가스 터빈의 제어 방법에 있어서,
상기 연소기 본체로부터 상기 연소실 내로 상기 연료로서의 상기 암모니아 및 상기 주연소용 공기를 분사함과 함께, 상기 개구로부터 상기 연소실 내로 상기 희석 공기를 도입하며, 상기 연소실 내에, 공기에 대한 연료의 비인 연공비가 이론 연공비보다 큰 연공비 중에서 상기 연소기 본체로부터의 연료를 연소시키는 리치 연소 영역과, 상기 리치 연소 영역으로부터의 가스가 상기 개구로부터의 상기 희석 공기에 의하여 희석되고, 상기 희석 공기에 의하여 희석된 후의 상기 가스 중에 포함되는 연료를 상기 연공비가 상기 이론 연공비보다 작은 연공비 중에서 연소시키는 린 연소 영역을 형성하는 연소 공정과,
상기 연료의 연소로 생성되어 상기 가스 터빈으로부터 배기된 연소 가스인 배기 가스 중의 NOx 농도를 검지하는 NOx 농도 검지 공정과,
상기 NOx 농도 검지 공정에서 검지된 상기 배기 가스 중의 NOx 농도에 따라, 상기 희석 공기의 유량을 많게 하는 희석 공기 제어 공정을 실행하는, 가스 터빈의 제어 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2021-021754 | 2021-02-15 | ||
| JP2021021754 | 2021-02-15 | ||
| PCT/JP2022/004264 WO2022172853A1 (ja) | 2021-02-15 | 2022-02-03 | ガスタービン設備、及びガスタービンの制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230107687A true KR20230107687A (ko) | 2023-07-17 |
Family
ID=82837837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237021269A KR20230107687A (ko) | 2021-02-15 | 2022-02-03 | 가스 터빈 설비, 및 가스 터빈의 제어 방법 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US12044184B2 (ko) |
| JP (1) | JP7454074B2 (ko) |
| KR (1) | KR20230107687A (ko) |
| CN (1) | CN116745511A (ko) |
| DE (1) | DE112022000211T5 (ko) |
| TW (1) | TWI838681B (ko) |
| WO (1) | WO2022172853A1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013160227A (ja) | 2012-02-07 | 2013-08-19 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンのＮＯｘ排出の改良のためのシステム及び方法 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH073154Y2 (ja) * | 1988-09-26 | 1995-01-30 | 川崎重工業株式会社 | 逆流缶型燃焼器 |
| JP2935945B2 (ja) | 1993-06-15 | 1999-08-16 | ローム株式会社 | リードフレーム等の板状物品の移送機構用クランプ装置 |
| US5950417A (en) * | 1996-07-19 | 1999-09-14 | Foster Wheeler Energy International Inc. | Topping combustor for low oxygen vitiated air streams |
| JP2000130750A (ja) | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Hitachi Ltd | 燃焼監視装置 |
| JP3978086B2 (ja) * | 2002-05-31 | 2007-09-19 | 三菱重工業株式会社 | 航空機用ガスタービンシステム，及びガスタービンシステム並びにその動作方法 |
| US6742341B2 (en) * | 2002-07-16 | 2004-06-01 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Automatic combustion control for a gas turbine |
| US20090053036A1 (en) | 2007-08-24 | 2009-02-26 | General Electric Company | Systems and Methods for Extending Gas Turbine Emissions Compliance |
| US9404418B2 (en) * | 2007-09-28 | 2016-08-02 | General Electric Company | Low emission turbine system and method |
| US20090235634A1 (en) | 2008-03-24 | 2009-09-24 | General Electric Company | System for extending the turndown range of a turbomachine |
| US8483929B2 (en) | 2008-11-21 | 2013-07-09 | General Electric Company | Method of controlling an air preheating system of a gas turbine |
| CN102953837B (zh) * | 2011-08-24 | 2015-07-01 | 三菱日立电力***株式会社 | 燃气轮机装置、其控制装置以及其控制方法 |
| US9599017B2 (en) * | 2013-06-28 | 2017-03-21 | General Electric Company | Gas turbine engine and method of operating thereof |
| JP6290645B2 (ja) | 2014-02-07 | 2018-03-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンプラントの制御装置、ガスタービンプラント、及びガスタービンの脱硝制御方法 |
| JP6700776B2 (ja) * | 2015-12-24 | 2020-05-27 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン冷却系統、これを備えるガスタービン設備、ガスタービン冷却系統の制御装置及び制御方法 |
| JP6587350B2 (ja) * | 2016-01-22 | 2019-10-09 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン冷却系統、これを備えるガスタービン設備、ガスタービン冷却系統の制御方法 |
| US10422287B2 (en) * | 2017-03-20 | 2019-09-24 | General Electric Company | Systems and methods for closed loop control of OBB valve for power generation systems |
| JP6855874B2 (ja) | 2017-03-27 | 2021-04-07 | 株式会社Ihi | 燃焼装置及びガスタービン |
| JP6926581B2 (ja) | 2017-03-27 | 2021-08-25 | 株式会社Ihi | 燃焼装置及びガスタービン |
| JP6906381B2 (ja) | 2017-07-03 | 2021-07-21 | 株式会社東芝 | 燃焼装置およびガスタービン |
| EP3447379B1 (en) * | 2017-08-25 | 2022-01-26 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Method for operating a gas turbine plant and gas turbine plant |
| WO2019088107A1 (ja) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 燃焼器および燃焼方法 |
| JP7277302B2 (ja) | 2019-07-24 | 2023-05-18 | キヤノン株式会社 | レンズ装置、カメラ、カメラシステム、制御方法 |
| US11203986B1 (en) * | 2020-06-08 | 2021-12-21 | General Electric Company | Systems and methods for extended emissions compliant operation of a gas turbine engine |
| US11898502B2 (en) * | 2020-12-21 | 2024-02-13 | General Electric Company | System and methods for improving combustion turbine turndown capability |
-
2022
- 2022-01-17 TW TW111101810A patent/TWI838681B/zh active
- 2022-02-03 WO PCT/JP2022/004264 patent/WO2022172853A1/ja active Application Filing
- 2022-02-03 DE DE112022000211.5T patent/DE112022000211T5/de active Pending
- 2022-02-03 US US18/270,634 patent/US12044184B2/en active Active
- 2022-02-03 KR KR1020237021269A patent/KR20230107687A/ko unknown
- 2022-02-03 JP JP2022580595A patent/JP7454074B2/ja active Active
- 2022-02-03 CN CN202280008937.6A patent/CN116745511A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013160227A (ja) | 2012-02-07 | 2013-08-19 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンのＮＯｘ排出の改良のためのシステム及び方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022172853A1 (ja) | 2022-08-18 |
| US20240068416A1 (en) | 2024-02-29 |
| CN116745511A (zh) | 2023-09-12 |
| US12044184B2 (en) | 2024-07-23 |
| TW202242244A (zh) | 2022-11-01 |
| DE112022000211T5 (de) | 2023-09-07 |
| JP7454074B2 (ja) | 2024-03-21 |
| JPWO2022172853A1 (ko) | 2022-08-18 |
| TWI838681B (zh) | 2024-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10727768B2 (en) | System and method for a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system | |
| US10731512B2 (en) | System and method for a gas turbine engine | |
| EP3014088B1 (en) | System and method for controlling exhaust gas flow in exhaust gas recirculation gas turbine systems | |
| EP3097288B1 (en) | System and method for controlling the combustion process in a gas turbine operating with exhaust gas recirculation | |
| EP2938855B1 (en) | Gas turbine load control system | |
| EP3241273B1 (en) | Systems and methods to respond to grid overfrequency events for a stoichiometric exhaust recirculation gas turbine | |
| EP3265724B1 (en) | Fuel staging in a gas turbine engine | |
| US20130327050A1 (en) | Controlling flame stability of a gas turbine generator | |
| EP2826979B1 (en) | Gas turbine emissions control system and method | |
| AU2015373950B2 (en) | Systems and methods of estimating a combustion equivalence ratio in a gas turbine with exhaust gas recirculation | |
| CN204299705U (zh) | 燃气涡轮机排放物控制*** | |
| EP2948659B1 (en) | Method of operating a gas turbine for reduced ammonia slip | |
| CN112943452B (zh) | 一种燃机侧控制燃气机组运行全过程nox排放的*** | |
| KR20230107687A (ko) | 가스 터빈 설비, 및 가스 터빈의 제어 방법 | |
| JP2006511751A (ja) | シングルシャフトガスタービンにおける触媒燃焼器のエミッションを制御し最適化するためのシステム。 | |
| KR20240080125A (ko) | 가스 터빈 코제너레이션 시스템, 가스 터빈 코제너레이션 시스템의 운전 방법, 및 가스 터빈 코제너레이션 시스템의 개조 방법 | |
| CN115142952A (zh) | 一种基于达标排放的掺氢燃气机组提效的控制***和方法 | |
| JP2005147136A (ja) | ガスタービンの燃料制御装置 |