燃气涡轮设备及燃气涡轮机的控制方法技术

一种燃气涡轮设备，其具备燃气涡轮机及控制装置。燃气涡轮机的燃烧器是将氨作为燃料并采用RQL方式的燃烧器。燃气涡轮机的压缩机具有进气调节器，所述进气调节器调节流入压缩机壳体内的空气的流量即进气量。若排气中的NOx浓度成为预先确定的值以上，则控制装置以使进气量减少的方式控制进气调节器的动作。气量减少的方式控制进气调节器的动作。气量减少的方式控制进气调节器的动作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气涡轮设备及燃气涡轮机的控制方法


[0001]本专利技术涉及一种燃气涡轮设备及燃气涡轮机的控制方法。
[0002]本申请主张基于2021年2月15日在日本申请的专利申请2021
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021754号的优先权，并将其内容援用于此。

技术介绍

[0003]燃气涡轮机具备：压缩机，对空气进行压缩；燃烧器，使燃料在由压缩机压缩的空气中燃烧来生成燃烧气体；及涡轮，由燃烧气体驱动。
[0004]在这样的燃气涡轮机中，通过燃料的燃烧，生成NOx。该NOx的排放量受到法律等的限制。因此，希望一种减少NOx的排放量的技术。
[0005]例如，在以下的专利文献1中，公开有一种在压缩机吸入空气之前对该空气进行加热，由此减少NOx的排放量的技术。
[0006]以往技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2013
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160227号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的技术课题
[0010]近年来，将氨用作燃气涡轮机的燃料的情况受到了关注。
[0011]因此，本专利技术的目的在于，提供一种在将氨用作燃气涡轮机的燃料的情况下，能够减少NOx的排放量的技术。
[0012]用于解决技术课题的手段
[0013]作为用于实现所述目的的一方式的燃气涡轮设备，其具备：燃气涡轮机；NOx浓度计，检测从所述燃气涡轮机排放的燃烧气体即排气中的NOx浓度；及控制装置。所述燃气涡轮机具有：压缩机，能够对空气进行压缩来生成压缩空气；燃烧器，能够使作为燃料的氨在所述压缩空气中燃烧来生成燃烧气体；及涡轮，能够由所述燃烧气体驱动。所述压缩机具有：压缩机转子，能够以轴线为中心进行旋转；压缩机壳体，覆盖所述压缩机转子；及进气调节器，调节被吸入所述压缩机壳体的空气的流量即进气量。所述燃烧器具有：燃烧室形成器，形成燃烧室，所述燃料在所述燃烧室中燃烧，且所述燃烧室能够向所述涡轮引导通过所述燃料的燃烧而生成的所述燃烧气体；及燃烧器主体，能够向所述燃烧室内喷射所述氨及作为所述压缩空气的一部分的主燃烧用空气。在所述燃烧室形成器形成有开口，所述开口能够从所述燃烧室形成器外向所述燃烧室内导入作为所述压缩空气的一部分的稀释空气。所述燃烧器构成为在所述燃烧室内形成浓燃烧区域和稀燃烧区域，在所述浓燃烧区域中，使来自所述燃烧器主体的燃料在燃料相对于空气的比即燃空比大于理论燃空比的燃空比中燃烧，在所述稀燃烧区域中，来自所述浓燃烧区域的气体被来自所述开口的所述稀释空气稀释，使被所述稀释空气稀释后的所述气体中包含的燃料在所述燃空比小于所述理论燃
空比的燃空比中燃烧。所述控制装置具有进气控制器，所述进气控制器根据由所述NOx浓度计检测出的所述排气中的NOx浓度，以使所述进气量减少的方式控制所述进气调节器的动作。
[0014]NOx的产生量根据燃料的燃烧区域中的燃空比发生变化。本方式的燃烧器是在燃烧室内形成浓燃烧区域及稀燃烧区域的燃烧器。因此，本方式的燃烧器是采用RQL(Rich burn quick Quench Lean burn，浓燃烧快速急冷稀燃烧)方式的燃烧器。并且，本方式的燃烧器将氨作为燃料。在这样的燃烧器中，在使燃气涡轮机从额定负荷运行转移到部分负荷运行的过程及燃气涡轮机正在进行部分负荷运行时等(以下，称为部分负荷运行时)，向燃烧室喷射的总燃料流量相对于流入燃烧室的总燃烧用空气的比即燃烧室燃空比小于额定负荷运行时。但是，燃烧器中的NOx的产生量根据燃料的燃烧区域中的燃空比发生变化，这并不限于采用RQL方式的燃烧器。在采用RQL方式并将氨作为燃料的燃烧器中，在部分负荷运行时，浓燃烧区域及稀燃烧区域中的燃空比均减小，从燃烧器排放的燃烧器的燃烧气体中的NOx浓度变高。
[0015]在本方式中，若排气中的NOx浓度成为预先确定的值以上，则进气控制器以使进气量减少的方式控制进气调节器的动作。在本方式的采用RQL方式的燃烧器中，若进气量减少，则浓燃烧区域及稀燃烧区域中的燃空比均变大。其结果，在本方式中，能够抑制NOx的排放量。
[0016]作为用于实现所述目的的另一方式的燃气涡轮设备，其具备：燃气涡轮机；空气返回管线；返回空气调节阀；NOx浓度计，检测从所述燃气涡轮机排放的燃烧气体即排气中的NOx浓度；及控制装置。所述燃气涡轮机具有：压缩机，能够对空气进行压缩来生成压缩空气；燃烧器，能够使燃料在所述压缩空气中燃烧来生成燃烧气体；及涡轮，能够由所述燃烧气体驱动。所述燃烧器具有：燃烧室形成器，形成燃烧室，所述燃料在所述燃烧室中燃烧，且所述燃烧室能够向所述涡轮引导通过所述燃料的燃烧而生成的所述燃烧气体；及燃烧器主体，能够向所述燃烧室内喷射作为所述燃料的氨及作为所述压缩空气的一部分的主燃烧用空气。在所述燃烧室形成器形成有开口，所述开口能够从所述燃烧室形成器外向所述燃烧室内导入作为所述压缩空气的一部分的稀释空气。所述燃烧器构成为在所述燃烧室内形成浓燃烧区域和稀燃烧区域，在所述浓燃烧区域中，使来自所述燃烧器主体的燃料在燃料相对于空气的比即燃空比大于理论燃空比的燃空比中燃烧，在所述稀燃烧区域中，来自所述浓燃烧区域的气体被来自所述开口的所述稀释空气稀释，使被所述稀释空气稀释后的所述气体中包含的燃料在所述燃空比小于所述理论燃空比的燃空比中燃烧。所述空气返回管线构成为使从所述压缩机壳体喷出的压缩空气的一部分返回到所述压缩机壳体内。所述返回空气调节阀构成为能够调节在所述空气返回管线中流动的所述压缩空气即返回空气的流量。所述控制装置具有返回空气控制器，所述返回空气控制器根据从所述涡轮排放的燃烧气体即排气中的NOx浓度，以使所述返回空气的流量增加的方式控制所述返回空气调节阀。
[0017]在本方式中，若排气中的NOx浓度成为预先确定的值以上，则返回空气控制器以使返回空气的流量增加的方式控制返回空气调节阀的动作。在本方式的采用RQL方式的燃烧器中，若返回空气的流量增加，则浓燃烧区域及稀燃烧区域中的燃空比均变大。其结果，在本方式中，能够抑制NOx的排放量。
[0018]作为用于实现所述目的的又一方式的燃气涡轮设备，其具备：燃气涡轮机；稀释空
气调节阀；及控制装置。所述燃气涡轮机具有：压缩机，能够对空气进行压缩来生成压缩空气；燃烧器，能够使作为燃料的氨在所述压缩空气中燃烧来生成燃烧气体；及涡轮，能够由所述燃烧气体驱动。所述压缩机具有：压缩机转子，能够以轴线为中心进行旋转；及压缩机壳体，覆盖所述压缩机转子。所述燃烧器具有：燃烧室形成器，形成燃烧室，所述燃料在所述燃烧室中燃烧，且所述燃烧室能够向所述涡轮引导通过所述燃料的燃烧而生成的所述燃烧气体；及燃烧器主体，能够向所述燃烧室内喷射所述氨及作为所述压缩空气的一部分的主燃烧用空气。在所述燃烧室形成器形成有开口，所述开口能够从所述燃烧室形成器外向所述燃烧室内导入作为所述压缩空气的一部分的稀释空气。所述燃烧器构成为在所述燃烧室内形成浓燃烧区域和稀燃烧区域，在所述浓燃烧区域中，使来自所述燃烧器主体的燃料在燃料相对于空气的比即燃空比大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃气涡轮设备，其具备：燃气涡轮机；NOx浓度计，检测从所述燃气涡轮机排放的燃烧气体即排气中的NOx浓度；及控制装置，所述燃气涡轮机具有：压缩机，能够对空气进行压缩来生成压缩空气；燃烧器，能够使作为燃料的氨在所述压缩空气中燃烧来生成燃烧气体；及涡轮，能够由所述燃烧气体驱动，所述压缩机具有：压缩机转子，能够以轴线为中心进行旋转；压缩机壳体，覆盖所述压缩机转子；及进气调节器，调节被吸入所述压缩机壳体的空气的流量即进气量，所述燃烧器具有：燃烧室形成器，形成燃烧室，所述燃料在所述燃烧室中燃烧，且所述燃烧室能够向所述涡轮引导通过所述燃料的燃烧而生成的所述燃烧气体；及燃烧器主体，能够向所述燃烧室内喷射所述氨及作为所述压缩空气的一部分的主燃烧用空气，在所述燃烧室形成器形成有开口，所述开口能够从所述燃烧室形成器外向所述燃烧室内导入作为所述压缩空气的一部分的稀释空气，所述燃烧器构成为在所述燃烧室内形成浓燃烧区域和稀燃烧区域，在所述浓燃烧区域中，使来自所述燃烧器主体的燃料在燃料相对于空气的比即燃空比大于理论燃空比的燃空比中燃烧，在所述稀燃烧区域中，来自所述浓燃烧区域的气体被来自所述开口的所述稀释空气稀释，使被所述稀释空气稀释后的所述气体中包含的燃料在所述燃空比小于所述理论燃空比的燃空比中燃烧，所述控制装置具有进气控制器，所述进气控制器根据由所述NOx浓度计检测出的所述排气中的NOx浓度，以使所述进气量减少的方式控制所述进气调节器的动作。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮设备，其还具备未燃成分浓度计，所述未燃成分浓度计检测所述排气中的未燃成分浓度，所述进气控制器以使所述排气中的NOx浓度小于预先确定的值且使所述排气中的未燃成分浓度落入根据所述NOx浓度确定的预先确定的未燃成分浓度范围内的方式，控制所述进气调节器的动作。3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮设备，其还具备：空气返回管线，能够使从所述压缩机壳体喷出的压缩空气的一部分返回到所述压缩机壳体内；及返回空气调节阀，能够调节在所述空气返回管线中流动的所述压缩空气即返回空气的流量，所述控制装置具有：返回空气控制器，控制所述返回空气调节阀的动作；及协调控制器，使由所述进气控制器进行的所述进气调节器的控制和由所述返回空气控制器进行的所述返回空气调节阀的控制协调，所述协调控制器根据由所述NOx浓度计检测出的所述排气中的NOx浓度，使所述返回空气控制器以使所述返回空气的流量增加的方式控制所述返回空气调节阀。4.根据权利要求2所述的燃气涡轮设备，其还具备：空气返回管线，能够使从所述压缩机壳体喷出的压缩空气的一部分返回到所述压缩机壳体内；及返回空气调节阀，能够调节在所述空气返回管线中流动的所述压缩空气即返回空气的流量，所述控制装置具有：返回空气控制器，控制所述返回空气调节阀的动作；及协调控制器，使由所述进气控制器进行的所述进气调节器的控制和由所述返回空气控制器进行的所
述返回空气调节阀的控制协调，所述协调控制器以使所述排气中的NOx浓度小于预先确定的值且所述排气中的未燃成分浓度落入根据所述NOx浓度确定的预先确定的未燃成分浓度范围内的方式，使所述进气控制器控制所述进气调节器，并且使所述返回空气控制器控制所述返回空气调节阀。5.根据权利要求4所述的燃气涡轮设备，其中，所述协调控制器在以使所述排气中的NOx浓度小于所述预先确定的值的方式使所述进气控制器控制所述进气调节器之后，在第一情况、第二情况及第三情况中的任一情况下，使所述返回空气控制器通过所述返回空气调节阀以使所述返回空气增加的方式调节所述返回空气的流量，所述第一情况是所述排气中的未燃成分浓度未落入所述未燃成分浓度范围内的情况，所述第二情况是接收到使所述排气中的未燃成分浓度进一步降低的请求的情况，所述第三情况是仅通过所述进气调节器的动作，燃空比不会增大预先确定的量的情况。6.根据权利要求3或4所述的燃气涡轮设备，其中，所述协调控制器以使由所述进气调节器进行的所述进气量调节中的燃空比的变化量与由所述返回空气调节阀进行的所述返回空气的流量调节中的燃空比的变化量之比成为预先确定的比的方式，使所述进气控制器控制所述进气调节器，并且使所述返回空气控制器控制所述返回空气调节阀。7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃气涡轮设备，其还具备稀释空气调节阀，所述稀释空气调节阀调节从所述开口导入所述燃烧室内的所述稀释空气的流量，所述控制装置具有：稀释空气控制器，控制所述稀释空气调节阀的动作；及协调控制器，使由所述进气控制器进行的所述进气调节器的控制和由所述稀释空气控制器进行的所述稀释空气调节阀的控制协调，所述协调控制器根据由所述NOx浓度计检测出的所述排气中的NOx浓度，使所述稀释空气控制器以使所述稀释空气的流量增加的方式控制所述稀释空气调节阀。8.根据权利要求7所述的燃气涡轮设备，其中，所述协调控制器以使所述稀燃烧区域的燃空比不变且所述浓燃烧区域的燃空比变大的方式，通过由所述进气控制器进行的所述进气调节器的控制，减少所述进气量，且通过由所述稀释空气控制器进行的所述稀释空气调节阀的控制，增加所述稀释空气的流量。9.根据权利要求3至6中任一项所述的燃气涡轮设备，其中，其还具备稀释空气调节阀，所述稀释空气调节阀调节从所述开口导入所述燃烧室内的所述稀释空气的流量，所述控制装置具有稀释空气控制器，所述稀释空气控制器控制所述稀释空气调节阀的动作，所述协调控制器使由所述进气控制器进行的所述进气调节器的控制、由所述返回空气控制器进行的所述返回空气调节阀的控制及由所述稀释空气控制器进行的所述稀释空气调节阀的控制协调，所述协调控制器根据由所述NOx浓度计检测出的所述排气中的NOx浓度，使所述稀释空
气控制器以使所述稀释空气的流量增加的方式控制所述稀释空气调节阀。10.根据权利要求9所述的燃气涡轮设备，其中，所述协调控制器使所述进气控制器、所述返回空气控制器及所述稀释空气控制器，以使所述稀燃烧区域的燃空比不变且所述浓燃烧区域的燃空比变大的方式，通过所述进气调节器减少所述进气量，通过所述返回空气调节阀增加所述返回空气的流量，且通过所述稀释空气调节阀增加所述稀释空气的流量。11.一种燃气涡轮设备，其具备：燃气涡轮机；空气返回管线；返回空气调节阀；NOx浓度计，检测从所述燃气涡轮机排放的燃烧气体即排气中的NOx浓度；及控制装置，所述燃气涡轮机具有：压缩机，能够对空气进行压缩来生成压缩空气；燃烧器，能够使燃料在所述压缩空气中燃烧来生成燃烧气体；及涡轮，能够由所述燃烧气体驱动，所述燃烧器具有：燃烧室形成器，形成燃烧室，所述燃料在所述燃烧室中燃烧，且所述燃烧室能够向所述涡轮引导通过所述燃料的燃烧而生成的所述燃烧气体；及燃烧器主体，能够向所述燃烧室内喷射作为所述燃料的氨及作为所述压缩空气的一部分的主燃烧用空气，在所述燃烧室形成器形成有开口，所述开口能够从所述燃烧室形成器外向所述燃烧室内导入作为所述压缩空气的一部分的稀释空气，所述燃烧器构成为在所述燃烧室内形成浓燃烧区域和稀燃烧区域，在所述浓燃烧区域中，使来自所述燃烧器主体的燃料在燃料相对于空气的比即燃空比大于理论燃空比的燃空比中燃烧，在所述稀燃烧区域中，来自所述浓燃烧区域的气体被来自所述开口的所述稀释空气稀释，使被所述稀释空气稀释后的所述气体中包含的燃料在所述燃空比小于所述理论燃空比的燃空比中燃烧，所述空气返回管线构成为使从所述压缩机喷出的压缩空气的一部分返回到所述压缩机内，所述返回空气调节阀构成为能够调节在所述空气返回管线中流动的所述压缩空气即返回空气的流量，所述控制装置具有返回空气控制器，所述返回空气控制器根据从所述涡轮排放的燃烧气体即排气中的NOX浓度，以使所述返回空气的流量增加的方式控制所述返回空气调节阀。12.根据权利要求11所述的燃气涡轮设备，其中，其还具备未燃成分浓度计，所述未燃成分浓度计检测所述排气中的未燃成分浓度，所述返回空气控制器以使所述排气中的NOx浓度小于预先确定的值且使所述排气中的未燃成分浓度落入根据所述NOx浓度确定的预先确定的未燃成分浓度范围内的方式，控制所述返回空气调节阀的动作。13.根据权利要求11或12所述的燃气涡轮设备，其还具备稀释空气调节阀，所述稀释空气调节阀调节从所述开口导入所述燃烧室的所述稀释空气的流量，所述控制装置具有：稀释空气控制器，控制所述稀释空气调节阀的动作；及协调控制器，使由所述返回空气控制器进行的所述返回空气调节阀的控制和由所述稀释空气控制器进行的所述稀释空气调节阀的控制协调，
所述协调控制器根据由所述NOx浓度计检测出的所述排气中的NOx浓度，使所述稀释空气控制器以使所述稀释空气的流量增加的方式控制所述稀释空气调节阀。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：萩田达哉，林明典，武石裕行，平田义隆，三浦圭祐，柚木启太，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：