CN102959206A - 燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法 - Google Patents

燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法 Download PDF

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Abstract

减少燃气轮机运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，防止引燃系统的堵塞或压缩高热值气体的压缩机的不良情况等引起的燃气轮机的停止，并提高燃气轮机的可靠性。在燃气轮机（11）的运转开始时，使用向构成燃烧器（17）的第一喷嘴供给高热值燃料的第一燃料供给系统（31）、及向构成燃烧器（17）的第二喷嘴供给低热值燃料的第二燃料供给系统（32）这双方，向燃烧器（17）供给高热值燃料及低热值燃料，在燃气轮机（11）达到了仅利用低热值燃料就能够继续运转的输出的时刻，切断高热值燃料向燃烧器（17）的供给，向燃烧器（17）仅供给低热值燃料。

Description

燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法
技术领域
本发明涉及以高炉气体（BFG）等低热值气体为主燃料而向燃气轮机燃烧器供给的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法。
背景技术
作为以高炉气体（BFG）等低热值气体为主燃料而向燃气轮机燃烧器供给的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，例如，已知有专利文献1的图5公开的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-102998号公报
在上述专利文献1的图5公开的结构中，经由主系统从构成燃烧器的气体喷嘴始终供给高炉气体（BFG）等低热值气体，经由引燃系统从构成燃烧器的气体喷嘴始终供给焦炉气体（COG）等高热值气体。
发明内容
然而，焦炉气体（COG）等高热值气体比高炉气体（BFG）等低热值气体的消耗成本高，因此近年来，从用户角度大多希望减少燃气轮机运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量。
另外，焦炉气体（COG）等高热值气体相比高炉气体（BFG）等低热值气体含有较多的杂质。因此，由于杂质而引燃系统发生堵塞，或用于向燃气轮机燃烧器供给COG的COG压缩机产生不良情况，有时燃气轮机会断路（危急停止）。
而且，由于引燃系统堵塞而无法向引燃喷嘴供给焦炉气体（COG）等高热值气体，燃烧器内的燃烧气体可能会向引燃喷嘴内倒流而导致火灾。
另外，需要用于消除（矫正）引燃系统的堵塞或COG压缩机的不良情况的维护，存在燃气轮机的运转率下降或维护费用高涨的问题。
本发明鉴于这种情况而作出，目的在于提供一种燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，其能够减少燃气轮机运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，防止引燃系统的堵塞或压缩高热值气体的压缩机的不良情况等引起的燃气轮机的停止，且能够提高燃气轮机的可靠性。
本发明为了解决上述课题，而采用以下的手段。
本发明的第一方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给方法将热值不同的至少两种燃料向燃气轮机燃烧器供给，其中，在燃气轮机的运转开始时，使用向构成所述燃气轮机燃烧器的第一喷嘴供给高热值燃料的第一燃料供给系统、及向构成所述燃气轮机燃烧器的第二喷嘴供给低热值燃料的第二燃料供给系统这双方，向所述燃气轮机燃烧器供给所述高热值燃料及所述低热值燃料，在燃气轮机达到了仅利用所述低热值燃料就能够继续运转的输出的时刻，切断所述高热值燃料向所述燃气轮机燃烧器的供给，而向所述燃气轮机燃烧器仅供给所述低热值燃料。
根据所述第一方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，能够减少燃气轮机运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，能够减少第一燃料供给系统（引燃系统）的堵塞或压缩高热值气体的压缩机的不良情况的频度。
在所述第一方式中，更优选的是，在切断所述高热值燃料向所述燃气轮机燃烧器的供给而向所述燃气轮机燃烧器仅供给所述低热值燃料时，经由将经由所述第二燃料供给系统引导的所述低热值燃料向所述第一燃料供给系统的中途引导的清扫管线，将所述低热值燃料向所述第一喷嘴引导，从而从所述第二喷嘴及所述第一喷嘴这双方喷出所述低热值燃料。
根据上述结构，即使在切断高热值燃料向燃气轮机燃烧器的供给而向燃气轮机燃烧器仅供给低热值燃料时，也从第一喷嘴及第二喷嘴这双方喷出低热值燃料并使其燃烧，因此能够防止燃烧器内的燃烧气体向第一喷嘴（引燃喷嘴）内倒流而造成火灾的情况。
本发明的第二方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统将热值不同的至少两种燃料向燃气轮机燃烧器供给，其中，具备：向构成所述燃气轮机燃烧器的第一喷嘴供给高热值燃料的第一燃料供给系统；向构成所述燃气轮机燃烧器的第二喷嘴供给低热值燃料的第二燃料供给系统；将经由所述第二燃料供给系统引导的所述低热值燃料向所述第一燃料供给系统的中途引导的清扫管线；设置在所述清扫管线的中途，用于切换从所述第二燃料供给系统向所述第一燃料供给系统引导的所述低热值燃料的流入/切断的清扫阀；以及设置在所述第一燃料供给系统的比连接有所述清扫管线的下游端的位置靠上游侧，并切断经由所述第一燃料供给系统向所述第一喷嘴引导的高热值燃料的供给的第一切断阀，在燃气轮机达到了仅利用所述低热值燃料就能够继续运转的输出的时刻，使所述清扫阀打开，使所述第一切断阀关闭。
根据所述第二方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统，能够减少燃气轮机运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，能够减少第一燃料供给系统（引燃系统）的堵塞或压缩高热值气体的压缩机的不良情况的频度。
另外，根据所述第二方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统，在切断高热值燃料向燃气轮机燃烧器的供给而向燃气轮机燃烧器仅供给低热值燃料时，从第一喷嘴及第二喷嘴这双方喷出低热值燃料而使其燃烧，因此能够防止燃烧器内的燃烧气体向第一喷嘴（引燃喷嘴）内倒流而造成火灾的情况。
在所述第二方式中，更优选的是，在所述第一燃料供给系统的比连接有所述清扫管线的下游端的位置靠上游侧且在所述第一切断阀的下游侧设有第二切断阀。
根据上述结构，能够防止经由清扫管线而向第一燃料供给系统流入的低热值燃料向位于比第二切断阀靠上游侧的第一燃料供给系统内流入的情况。
在上述结构中，更优选的是，在位于所述第一切断阀与所述第二切断阀之间的所述第一燃料供给系统上连接有供给密封用的N2的N2密封管线。
根据上述结构，在向燃气轮机燃烧器仅供给低热值燃料的运转（零引燃运转）时，通过利用N2在第一切断阀与第二切断阀之间进行调换，能够防止可燃性气体滞留在第一燃料供给系统内的情况。
本发明的第三方式的燃气轮机具备上述任一种燃气轮机燃烧器的燃料供给系统。
根据所述第三方式，能够减少燃气轮机运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，能够减少运行成本，并且能够减少第一燃料供给系统（引燃系统）的堵塞或压缩高热值气体的压缩机的不良情况的频度，能够减少维护成本，能够提高燃气轮机的可靠性。
本发明的第四方式的发电设备具备上述燃气轮机。
根据所述第四方式的发电设备，由于装备（采用）运行成本及维护成本低且可靠性高的燃气轮机，因此能够减少发电设备整体的运行成本及维护成本，从而能够提高发电设备整体的可靠性。
发明效果
根据本发明的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，起到如下效果：能够减少燃气轮机运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，防止引燃系统的堵塞或压缩高热值气体的压缩机的不良情况等引起的燃气轮机的停止，能够提高可靠性。
附图说明
图1是具备本发明的一实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统的发电设备的概略结构图。
图2是将图1的主要部分放大表示的详细图。
图3是表示图2所示的各阀的开闭状态的时序图。
图4是表示燃气轮机的速度（转速）及负载与COG流量的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照图1至图4，说明本发明的一实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法。
图1是具备本实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统的发电设备的概略结构图，图2是将图1的主要部分放大表示的详细图，图3是表示图2所示的各阀的开闭状态的时序图，图4是表示燃气轮机的速度（转速）及负载与COG流量的关系的图表。
如图1所示，本实施方式的发电设备10具备燃气轮机11、BFG压缩机12、发电机13、气体冷却器14、燃气轮机燃烧器的燃料供给系统（以下，称为“燃料供给系统”）15。
燃气轮机11具备空气压缩机16、（燃气轮机）燃烧器17、涡轮18，在向空气压缩机16引导空气（外气）的空气导入管19的中途设有过滤器20。而且，燃气轮机11、BFG压缩机12、发电机13经由主齿轮装置21而连结，当燃气轮机11旋转时，BFG压缩机12及发电机13也一起旋转。
燃料供给系统15具备将高热值的燃料向燃烧器17引导的第一燃料供给系统31和将低热值的燃料向燃烧器17引导的第二燃料供给系统32。
第一燃料供给系统31是将COG（焦炉气体）向构成燃烧器17的未图示的引燃喷嘴（第一燃料喷嘴）引导的燃料供给管线，在其中途设有COG压缩机33、清扫BFG切断阀（第二切断阀）34。
第二燃料供给系统32是将BFG（高炉气体）向构成燃烧器17的未图示的气体喷嘴（第二燃料喷嘴）引导的燃料供给管线，具备：将高炉35内产生的BFG向BFG压缩机12引导的上游侧管线36；将由BFG压缩机12压缩后的（从BFG压缩机12送出（喷出）的）BFG向气体喷嘴引导的下游侧管线37；将上游侧管线36的中途与下游侧管线37的中途连通，并根据需要使通过下游侧管线37的BFG返回上游侧管线36的旁通管线38。
在上游侧管线36的中途设有：混合器39，使减热用的N2及/或增热用的COG与从高炉35内导出的BFG混合，调整成具有适当的热量（卡路里）的（仅在经由第二燃料供给系统32向燃烧器17引导的BFG中，具有燃烧器17能够维持燃烧状态的热量）BFG；集尘装置（例如，电气集尘（Electrostatic Precipitator））40，从自混合器39向BFG压缩机12引导的BFG中分离、除去尘埃等微粒。
在旁通管线38的中途设有：旁通阀（流量调整阀）41，对从下游侧管线37的中途向位于混合器39与集尘装置40之间的上游侧管线36的中途返回的BFG的流量进行调整；气体冷却器14，位于旁通阀41的下游侧，对从下游侧管线37的中途向位于混合器39与集尘装置40之间的上游侧管线36的中途返回的BFG进行冷却。
如图1及图2所示，在下游侧管线37的中途设有清扫管线51，该清扫管线51将下游侧管线37的中途与位于清扫BFG切断阀34和燃烧器17之间的第一燃料供给系统31的中途连通，并根据需要将通过下游侧管线37的BFG的一部分向第一燃料供给系统31的中途引导。
另外，如图2所示，在清扫管线51的中途设有过滤器52、用于切换从下游侧管线37的中途向燃烧器17引导的（清扫的）BFG的流入/切断的清扫阀（流量调整阀）53，通过打开清扫阀53，而由BFG压缩机12压缩的（从BFG压缩机12送出（喷出）的）BFG的一部分经由清扫管线51向未图示的引燃喷嘴（第一燃料喷嘴）引导，从引燃喷嘴喷出。
在位于COG压缩机33与清扫BFG切断阀34之间的第一燃料供给系统31的中途，从上游侧设有COG切断阀（第一切断阀）54、对经由第一燃料供给系统31向燃烧器17引导的COG的流量进行调整的COG流调阀（流量调整阀）55。而且，在位于COG流调阀55与清扫BFG切断阀34之间的第一燃料供给系统31的中途连接有供给密封用的N2的N2密封管线56，在N2密封管线56的中途设有N2供给阀57。而且，在位于COG切断阀54与COG流调阀55之间的第一燃料供给系统31的中途连接有通气管线58，在通气管线58的中途设有通气阀59。
接着，使用图3，说明COG流调阀55、COG切断阀54、通气阀59、清扫阀53、清扫BFG切断阀34、N2供给阀57的开闭状态。
如图4所示，在燃气轮机11的运转开始时（启动时），通过启动装置（未图示）而使燃气轮机11旋转，在燃气轮机11的转速达到点火转速（例如额定速度（额定转速）的21%speed）时，使COG切断阀54、清扫BFG切断阀34为全开状态。而且，通过将COG流调阀55打开至点火开度，而经由第一燃料供给系统31向燃烧器17供给COG，经由第二燃料供给系统32向燃烧器17供给BFG，并利用点火装置（未图示）点火。接下来，经由第二燃料供给系统32向燃烧器17供给BFG，从而使燃烧器17内形成燃烧状态。
需要说明的是，通气阀59、清扫阀53、N2供给阀57此时成为全闭状态。
在确认到点火之后，使COG流调阀55暂时缩小（关闭）至第二规定开度，使燃气轮机11的转速逐渐上升至规定转速（例如81%speed），在燃气轮机11的转速达到该转速（例如81%speed）之后，将COG流调阀55逐渐向开方向操作，使燃气轮机11的转速逐渐上升至100%speed（额定速度：额定转速）。当燃气轮机11的转速达到100%speed且经过规定时间（例如，30分钟）后，燃气轮机11进入（过渡到）0%load（无负载）运转，同时将零引燃开始的指令信号向控制器（未图示）发送，进入（过渡到）零引燃运转。
在进入零引燃运转的同时，将通过控制器（未图示）进行开闭控制（操作）的COG流调阀55逐渐操作至全闭状态，且将清扫阀53从全闭状态一下子打开成全开状态。此时，COG切断阀54、清扫BFG切断阀34保持全开状态，通气阀59、N2供给阀57保持全闭状态。
并且，在COG流调阀55成为全闭状态的同时，将COG切断阀54、清扫BFG切断阀34从全开状态一下子关闭成全闭状态，并且将通气阀59、N2供给阀57从全闭状态一下子打开成全开状态。此时，成为全闭状态的COG流调阀55一下子被打开而一瞬间成为全开状态之后，一下子关闭而成为全闭状态，滞留在（存在于）N2供给阀57与COG流调阀55之间的COG经由通气管线58、通气阀59而被吹扫（向系统外排出）。
在零引燃运转、即经由构成燃烧器17的未图示的引燃喷嘴（第一燃料喷嘴）及气体喷嘴（第二燃料喷嘴）向燃烧器17内喷出BFG而使其燃烧的运转中，如图4所示，向燃烧器17内的COG的供给被切断，COG的流量（消耗量：供给量）成为0（零）。
当进入零引燃运转时，使燃气轮机11的负载逐渐上升至100%load（额定负载），进入额定运转。
需要说明的是，图4中的虚线表示在使用以往的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法时，从构成燃烧器17的未图示的引燃喷嘴（第一燃料喷嘴）喷出的（供给的）COG的流量（消耗量：供给量）。
而且，在结束零引燃运转，返回经由第一燃料供给系统31向燃烧器17供给COG并经由第二燃料供给系统32向燃烧器17供给BFG的运转中，将零引燃结束的指令信号向控制器（未图示）传送的同时，通过控制器（未图示）将形成为全闭状态的COG流调阀55逐渐向开方向操作，且将COG切断阀54、清扫BFG切断阀34从全闭状态一下子打开成全开状态，并将通气阀59、N2供给阀57从全开状态一下子关闭成全闭状态。并且，COG流调阀55成为通过控制器（未图示）进行开闭控制（操作）的状态之后，将清扫阀53从全开状态一下子关闭成全闭状态，切断从清扫管线51向第一燃料供给系统31（更详细而言，构成燃烧器17的未图示的引燃喷嘴）的BFG的供给。
根据本实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统15及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，能够减少燃气轮机11运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，能够减少第一燃料供给系统（引燃系统）31的堵塞或压缩高热值气体的COG压缩机33的不良情况的频度。
另外，根据本实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统15及燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，在切断向燃烧器17的高热值燃料的供给，而向燃烧器17仅供给低热值燃料时，从引燃喷嘴（第一燃料喷嘴）及气体喷嘴（第二燃料喷嘴）这双方喷出低热值燃料，使其燃烧，因此能够防止燃烧器17内的燃烧气体向引燃喷嘴（第一燃料喷嘴）内倒流而造成火灾的情况。
此外，根据本实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统15，在第一燃料供给系统31的比连接有清扫管线51的下游端的位置靠上游侧且在COG切断阀54的下游侧设有清扫BFG切断阀34，因此能够防止经由清扫管线51向第一燃料供给系统31流入的低热值燃料向位于比清扫BFG切断阀34靠上游侧的第一燃料供给系统31内流入的情况。
此外，根据本实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统15，由于在位于COG切断阀54与清扫BFG切断阀34之间的第一燃料供给系统31上连接有供给密封用的N2的N2密封管线56，因此在向燃烧器17仅供给低热值燃料的运转（零引燃运转）时，通过利用N2在COG切断阀54与清扫BFG切断阀34之间进行调换，能够防止可燃性气体滞留在第一燃料供给系统31内的情况。
本实施方式的燃气轮机11具备本实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统15，因此能够减少燃气轮机11运转中的焦炉气体（COG）等高热值气体的消耗量，能够减少运行成本。而且，能够防止第一燃料供给系统31的堵塞或压缩高热值气体的COG压缩机33的不良情况引起的燃气轮机11的停止，提高运转率，并且能够减少维护成本，能够提高燃气轮机11的可靠性。
本实施方式的发电设备10装备（采用）本实施方式的燃气轮机11，即运行成本及维护成本低且可靠性高的燃气轮机11，因此能够减少发电设备10整体的运行成本及维护成本，从而能够提高发电设备10整体的可靠性。
需要说明的是，本发明并未限定为上述的实施方式，根据需要而能够适当地实施变形、变更。
例如，在上述的实施方式中，作为高热值的燃料，列举了COG（焦炉气体）作为一具体例，作为低热值的燃料，列举了BFG（高炉气体）作为一具体例，但作为燃料的种类，也可以是COG（焦炉气体）、BFG（高炉气体）以外的气体。
标号说明
10发电设备
11燃气轮机
15（燃气轮机燃烧器的）燃料供给系统
17（燃气轮机）燃烧器
31第一燃料供给系统
32第二燃料供给系统
34清扫BFG切断阀（第二切断阀）
51清扫管线
53清扫阀
54COG切断阀（第一切断阀）
56N2密封管线

Claims (7)

1.一种燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，将热值不同的至少两种燃料向燃气轮机燃烧器供给，其中，
在燃气轮机的运转开始时，使用向构成所述燃气轮机燃烧器的第一喷嘴供给高热值燃料的第一燃料供给系统、及向构成所述燃气轮机燃烧器的第二喷嘴供给低热值燃料的第二燃料供给系统这双方，向所述燃气轮机燃烧器供给所述高热值燃料及所述低热值燃料，
在燃气轮机达到了仅利用所述低热值燃料就能够继续运转的输出的时刻，切断所述高热值燃料向所述燃气轮机燃烧器的供给，而向所述燃气轮机燃烧器仅供给所述低热值燃料。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器的燃料供给方法，其中，
在切断所述高热值燃料向所述燃气轮机燃烧器的供给而向所述燃气轮机燃烧器仅供给所述低热值燃料时，经由将经由所述第二燃料供给系统引导的所述低热值燃料向所述第一燃料供给系统的中途引导的清扫管线，将所述低热值燃料向所述第一喷嘴引导，从而从所述第二喷嘴及所述第一喷嘴这双方喷出所述低热值燃料。
3.一种燃气轮机燃烧器的燃料供给系统，将热值不同的至少两种燃料向燃气轮机燃烧器供给，其中，
具备：
向构成所述燃气轮机燃烧器的第一喷嘴供给高热值燃料的第一燃料供给系统；
向构成所述燃气轮机燃烧器的第二喷嘴供给低热值燃料的第二燃料供给系统；
将经由所述第二燃料供给系统引导的所述低热值燃料向所述第一燃料供给系统的中途引导的清扫管线；
设置在所述清扫管线的中途，用于切换从所述第二燃料供给系统向所述第一燃料供给系统引导的所述低热值燃料的流入/切断的清扫阀；以及
设置在所述第一燃料供给系统的比连接有所述清扫管线的下游端的位置靠上游侧，并切断经由所述第一燃料供给系统向所述第一喷嘴引导的高热值燃料的供给的第一切断阀，
在燃气轮机达到了仅利用所述低热值燃料就能够继续运转的输出的时刻，使所述清扫阀打开，使所述第一切断阀关闭。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统，其中，
在所述第一燃料供给系统的比连接有所述清扫管线的下游端的位置靠上游侧且在所述第一切断阀的下游侧设有第二切断阀。
5.根据权利要求4所述的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统，其中，
在位于所述第一切断阀与所述第二切断阀之间的所述第一燃料供给系统上连接有供给密封用的N2的N2密封管线。
6.一种燃气轮机，具备权利要求3~5中任一项所述的燃气轮机燃烧器的燃料供给系统。
7.一种发电设备，具备权利要求6所述的燃气轮机。
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