双轴燃气轮机制造技术

本发明专利技术提供一种双轴燃气轮机，在启动完成前将压缩空气暂时抽气到燃气轮机外，由此即使燃烧空气温度变化也能够维持低NOx且稳定的燃烧。该双轴燃气轮机具备：燃烧器，其具有能够独立进行燃料供给的多个燃料系统，使来自多个燃料系统的燃料和压缩机压缩的空气燃烧来生成燃烧气体；高压涡轮，与压缩机同轴连接，通过燃烧气体进行旋转来驱动压缩机；低压涡轮，具有与高压涡轮独立的轴结构，通过来自高压涡轮的排气进行旋转；抽气流路，对压缩机压缩的空气进行抽气；注入流路，使抽气到抽气流路中的空气返回燃烧器；控制器，根据压缩机的空气流量、提供给燃烧器的燃料流量和注入流路的空气温度，控制分别提供给多个燃料系统的燃料流量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具备气体发生器和动力涡轮的双轴燃气轮机，涉及一种具备压缩空气经由燃气轮机外部再次流入燃烧器的结构的燃气轮机，特别涉及适合于启动时的稳定燃烧控制的燃气轮机的燃料控制。
技术介绍
双轴燃气轮机具备:气体发生器，其具有压缩机、具备多个燃料系统的燃烧器以及与该压缩机同轴连接的高压涡轮；动力涡轮(低压涡轮)，其与负载(例如发电机)连接，该双轴燃气轮机将气体发生器的旋转轴和动力涡轮的旋转轴分离。在该燃气轮机中，能够独立地控制高压涡轮和低压涡轮各自的转速。在专利第4972533号中公开了一种单轴燃气轮机，作为在燃气轮机外设置的外部设备具备增湿装置和再生热交换器，还具备多个燃料系统，在该单轴燃气轮机中具备将压缩空气提供给增湿装置的抽气流路和将空气从再生热交换器提供给燃烧器的注入流路。并且，公开了一种方法，即在燃烧用空气的温度根据再生热交换器的温度状态而发生变化时，根据发电量和燃烧空气温度的关系切换燃料系统(有选择地增减多个燃料系统中点火的燃料系统的数量)，从而能够兼顾燃气轮机的可操作性和燃料稳定性。另外，在专利第4464226号中公开了一种控制方法，其在具备单轴燃气轮机的设施的燃烧空气温度发生了变动的情况下，其中该单轴燃气轮机具有作为外部设备的增湿塔和再生热交换器，根据燃烧空气温度修正输出辅助控制因子，由此能够稳定且高速地启动设施。考虑启动作为负载连接了发电机的燃气轮机，设为额定转速无负载条件的情况。首先，在将压缩机、涡轮以及发电机进行同轴连接的单轴燃气轮机中，在达到额定转速无负载条件之前的阶段不进行燃料系统的切换(也称“燃烧模式的切换”)。并且，在额定转速无负载条件下，通过投入的燃料的能源使涡轮旋转，通过其输出驱动压缩机。此时在无负载条件下几乎不需要发电机的驱动力。与此相对在将上述的双轴燃气轮机设为额定转速无负载条件的情况下，几乎不需要用于使动力涡轮旋转的能量，所以燃料流量比单轴燃气轮机少。此时，气体发生器通过比单轴燃气轮机少的涡轮输出驱动压缩机从而转速下降，因此进行控制以便减小压缩机入口导叶(IGV)的开度从而减小吸入空气量，由此使燃料空气比(混合气体的燃料质量除以空气质量得到的值)变大，维持转速。并且，在将栗等旋转设备(被驱动设备)与双轴燃气轮机的动力涡轮连接来作为设备驱动器使用的情况下，根据该被驱动设备的负载，燃气轮机启动完成时的转速和燃料空气比变得比驱动发电机时更大。这样在双轴燃气轮机中，具有启动完成时的燃料空气比与单轴燃气轮机相比增大的倾向，并且即使在发电开始前的部分转速条件(即达到额定转速无负载条件之前的阶段)中，为了最佳地保持具备有多个燃料系统的燃烧器的燃烧状态，有时会需要执行“燃烧模式的切换”。特别是在双轴燃气轮机中存在在暂时将通过压缩机进行压缩后的空气(燃烧空气)抽气到燃气轮机外后使其返回到燃气轮机内的燃烧器的结构(例如，在燃气轮机外通过旁通管连接压缩机和燃烧器的结构、在经由增湿塔和再生热交换器等外部设备后导入燃烧器的结构)时，由于在经过该结构的过程中产生的热交换空气温度下降，导入到燃烧器的混合气体的燃烧空气比进一步上升，所以为了在部分转速无负载条件下也维持低NOx稳定燃烧，执行“燃烧模式切换”的必要性进一步提高。关于这点，上述的专利第4972533号和专利第4464226号都是关于单轴燃气轮机的技术，根本不需要在部分转速负载条件下实施燃烧模式的切换。并且，在专利第4972533号技术中，即使要在发电开始前的部分转速条件下进行燃烧模式的切换，因为在该技术中根据发电量和燃烧空气温度来进行切换控制，所以在发电开始前无法应用。专利文献1:专利第4972533号专利文献2:专利第4464226号
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双轴燃气轮机，即使在启动完成前(特别是部分转速无负载条件的情况)由于将燃烧空气(压缩空气)暂时抽气到燃气轮机外，燃烧空气温度发生变化，也能够维持低NOx且稳定的燃烧。为了达到上述目的，本专利技术的双轴燃气轮机具备:压缩机，其在空气吸入部具备入口导叶；燃烧器，其具有能够独立进行燃料供给的多个燃料系统，从该多个燃料系统使燃料与通过压缩机进行压缩后的空气燃烧来生成燃烧气体；高压涡轮，其与上述压缩机同轴连接，通过来自上述燃烧器的燃烧气体进行旋转从而驱动上述压缩机；低压涡轮，其具有与该高压涡轮独立的轴结构，通过来自该高压涡轮的排气进行旋转来驱动负载；抽气流路，其将上述压缩机进行压缩后的空气向燃气轮机外抽气；注入流路，其使被抽气到该抽气流路中的空气返回上述燃烧器；以及控制装置，其根据上述压缩机的空气流量、提供给上述燃烧器的燃料流量以及上述注入流路中的空气温度，控制分别向上述多个燃料系统提供的燃料流量。根据本专利技术，即使在启动完成前在双轴燃气轮机中由于将压缩空气暂时抽气到燃气轮机外，该空气温度发生变化时，也能够切换燃料系统，由此能够维持低NOx且稳定的燃/9ti ο【附图说明】图1是本专利技术的第一实施方式的双轴燃气轮机的整体概要结构图。图2是表示气体发生器转速(高压涡轮转速)和压缩机入口导叶开度之间的关系的图。图3是表示本专利技术实施方式的燃料喷嘴5和空气孔6的详细结构的图。图4是从燃烧器下游侧观察本专利技术的实施方式的空气孔板7的图。图5是本专利技术的第一实施方式的燃气轮机系统的控制器400的结构图。图6是函数发生器411的修正值403的计算方法的一例，表示注入空气温度301和修正值403之间的关系的图。图7是基于空气温度的燃烧控制指令402的修正方法的一例，是表示燃料流量指令401、燃烧控制指令402以及修正燃烧控制指令404与时间之间的关系的图。图8是本专利技术的第二实施方式的燃气轮机系统的控制器400A的结构图。图9是本专利技术的第三实施方式的燃气轮机系统的控制器400B的结构图。图10是用于根据气体发生器的转速计算启动完成信号405的关系图。图11是用于根据从燃气轮机启动时开始的时间计算启动完成信号405的关系图。图12是用于根据空气温度T计算预热完成信号301a的关系图。附图标记说明1:压缩机、2:燃烧器、3:高压涡轮、4:气体发生器、5:燃料喷嘴、6:空气孔、7:空气孔板、8:燃烧室、9:燃烧筒、10:燃烧器外筒、11、燃烧器罩、12:燃烧筒导流衬套、15:压缩机入口导叶、21:气体发生器的旋转轴、22:动力涡轮的旋转轴、23:动力涡轮(低压涡轮)、24:发电机、25:外部设备、26:抽气流路、27:注入流路、41?44:燃料供给法兰(F1?F4)、100:燃气轮机吸入空气(大气压)、101:压缩空气(抽气空气)、102:压缩空气(注入空气)、103:冷却空气、104:燃烧用空气、105:燃烧气体、106:气体发生器排气、107:动力涡轮排气、108:涡轮排气、200:燃料、201:F1燃料、202:F2燃料、203:F3燃料、204:F4燃料、211?214:燃料流量调节阀(F1?F4)、231?234:燃料头(F1?F4)、301:注入空气温度检测器、302:压缩机入口导叶开度检测器、305:气体发生器转速检测器、306:动力涡轮转速检测器、400:控制器、401:燃料流量指令、402:燃烧控制指令、403:空气温度修正值、404:空气温度修正后的燃烧控制指令、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双轴燃气轮机，其特征在于，具备：压缩机，其在空气吸入部具备入口导叶；燃烧器，其具有能够独立进行燃料供给的多个燃料系统，从该多个燃料系统使燃料与通过上述压缩机进行压缩后的空气燃烧来生成燃烧气体；高压涡轮，其与上述压缩机同轴连接，通过来自上述燃烧器的燃烧气体进行旋转从而驱动上述压缩机；低压涡轮，其具有与该高压涡轮独立的轴结构，通过来自该高压涡轮的排气进行旋转来驱动负载；抽气流路，其将上述压缩机进行压缩后的空气向燃气轮机外抽气；注入流路，其使被抽气到该抽气流路中的空气返回上述燃烧器；以及控制装置，其根据上述压缩机的空气流量、提供给上述燃烧器的燃料流量以及上述注入流路中的空气温度，控制分别向上述多个燃料系统提供的燃料流量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小金泽知己，阿部一几，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP