CN107270326A - 燃气涡轮燃烧器 - Google Patents

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林明典
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Abstract

一种燃气涡轮燃烧器，抑制燃气涡轮燃烧器的结构物的过度温度上升，并确保燃气涡轮燃烧器的可靠性。燃气涡轮燃烧器(3)中，空气孔板(20)具有由多个空气孔(51A、51B)组成的中央空气孔群(51)、由多个空气孔(52A、52B)、(52C)组成并以围绕中央空气孔群(51)的方式形成的多个外周空气孔群(52)，燃气涡轮燃烧器具备：以位于通过相邻的两个外周空气孔群(52)和中央空气孔群(51)围住的区域的方式在空气孔板(20)上设置的孔部(601)以及温度传感器(401)、冷却剂的供给源(220)、连接孔部(601)和供给源(220)的冷却配管(205)、在冷却配管(205)上设置的阀(67、68)、基于温度传感器(401)的测量值来驱动阀的控制装置(500)。

Description

燃气涡轮燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃气涡轮燃烧器。
背景技术
近年来，从防止温室效应、有效利用资源等观点出发，将在炼铁厂附带产生的炼焦炉气体、在炼油厂附带产生的废气等含有氢的气体作为燃气涡轮燃烧器的燃料来利用的机会增高。这种燃料(以下称为含氢燃料)在燃烧时作为温室效应的原因的二氧化碳(CO2)的排放量少，有效地防止温室效应。另外，在将作为丰富资源的煤进行气化来发电的煤气化联合发电厂(IGCC厂)中，设置了回收/存储供给到燃气涡轮燃烧器的含氢燃料(煤气化气体)中的碳量的系统(CCS)，进一步削减CO2的排放量。
可是，由于含氢燃料中的氢可燃范围大并且燃烧速度快，因此在燃烧室内的壁面附近局部形成高温火焰，有可能损害燃气涡轮燃烧器的可靠性。作为抑制局部形成高温火焰的方法，具有在同轴上设置燃料喷流和燃烧用空气流路，并作为空气流包入燃料流那样的同轴的喷流供给到燃烧室的方法(参照专利文献1等)。
一般来说，在IGCC厂中，利用通过燃气涡轮的排热产生的蒸汽来生成煤气化气体，因此通过煤气化气体以外的启动用燃料(例如，油燃料)来启动燃气涡轮，在作为煤气化气体可使用的部分负荷条件下，从启动用燃料切换为煤气化气体，一边控制进行燃烧的燃烧器的数量一边运行到额定负荷条件为止。另外，一般来说，在使用含氢燃料时，如果点火失败则含氢燃料没有燃烧就被排放，在下游侧的燃气涡轮内，特别有可能因为含氢燃料中的氢而引起爆炸。因此，如上所述，采用通过启动用燃料启动燃气涡轮的运用方法来确保安全性。
然而，在从启动用燃料切换到煤气化气体时，通过每种燃料产生的火焰相互干扰，燃气涡轮燃烧器的结构物的温度过度上升，从而有可能降低燃气涡轮燃烧器的可靠性。特别是，附带产生的气体或煤气化气体的组成根据工厂的运行条件发生各种变化，因此结构物的温度增高方式发生大的变化。因此，优选根据运行条件冷却结构物来抑制过度的温度上升，并确保燃气涡轮燃烧器的可靠性，对于这点来说专利文献1具有改良的余地。
专利文献1：日本特开2003-148734号公报
发明内容
本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于，抑制燃气涡轮燃烧器的结构物的过度温度上升，并确保燃气涡轮燃烧器的可靠性。
为了达成上述目的，本发明提供一种燃气涡轮燃烧器，具备：喷射燃料的多个燃料喷嘴；具有对应于所述多个燃料喷嘴而形成的多个空气孔，并设置在所述多个燃料喷嘴的燃料流动方向的下游侧的空气孔板；使从所述多个空气孔板喷射出的燃料和空气燃烧来生成燃烧气体的燃烧室，其中，所述空气孔板具有由多个所述空气孔组成的中央空气孔群、以及由多个所述空气孔组成并以围绕所述中央空气孔群的方式形成的多个外周空气孔群，所述燃气涡轮燃烧器具备：以位于由相邻的两个所述外周空气孔群和所述中央空气孔群包围的区域的方式设置在所述空气孔板上的孔部以及温度传感器；冷却剂的供给源；连接所述孔部和所述供给源的冷却配管；设置在所述冷却配管上的阀；以及基于所述温度传感器的测量值来驱动所述阀的控制装置。
通过本发明，能够抑制燃气涡轮燃烧器的结构物的过度温度上升，并确保燃气涡轮燃烧器的可靠性。
附图说明
图1表示应用了本发明的第一实施方式的燃烧器的燃气涡轮成套设备的一个结构例子。
图2是从下游侧来看本发明的第一实施方式的燃烧嘴部的图。
图3是表示本发明的第一实施方式的控制装置的重要部位的概要图。
图4是表示本发明的第一实施方式的燃烧器中的燃料分级的图。
图5是表示燃料切换过程中的火焰形成的概念的图。
图6是表示冷却剂的供给步骤的流程图。
图7表示比较例的燃气涡轮成套设备中的燃料切换过程的燃料流量以及金属温度的变化。
图8表示本发明的第一实施方式的燃气涡轮成套设备中的燃料切换过程的燃料流量以及金属温度的变化。
图9表示应用了本发明的第二实施方式的燃烧器的燃气涡轮成套设备的一个结构例子。
图10是从下游侧来看本发明的第二实施方式的燃烧嘴部的图。
图11是表示本发明的第二实施方式的控制装置的重要部位的概要图。
图12表示本发明的第二实施方式的燃气涡轮成套设备中的燃料切换过程的燃料流量以及金属温度的变化。
符号说明
1：燃气涡轮成套设备；
2：压缩机；
3：燃气涡轮燃烧器(燃烧器)；
4：涡轮；
5：燃烧室；
20：空气孔板；
22：点火燃烧嘴用燃料喷嘴(燃料喷嘴)；
28：主燃烧嘴用燃料喷嘴(燃料喷嘴)；
51：中央空气孔群(空气孔群)；
52：外周空气孔群(空气孔群)；
51A、51B、52A、52B、52C：空气孔；
67：冷却剂切断阀(阀)；
68、69：冷却剂流量调节阀(阀)；
110：燃烧气体；
205、206；冷却配管；
220：冷却剂供给源(供给源)；
401、402：热电偶(温度传感器)；
500：控制装置；
501：温度比较部；
502：冷却剂流量运算部(运算部)；
601、602：冷却孔(孔部)。
具体实施方式
<第一实施方式>
(结构)
1.燃气涡轮成套设备
图1表示应用了本实施方式的燃气涡轮燃烧器(以下称为燃烧器)的燃气涡轮成套设备的一个结构例子。如图1所示，燃气涡轮成套设备1具备：压缩机(空气压缩机)2、燃烧器3、涡轮4、发电机6以及启动用电动机7。
压缩机2通过启动用电动机7来启动，压缩经由吸气部(未图示)从大气吸入的空气101来生成高压的压缩空气102并供给到燃烧器3。燃烧器3将从压缩机2供给的压缩空气102与从燃料系统26(后述)供给的燃料混合来燃烧，生成高温的燃烧气体110来供给到涡轮4。涡轮4通过从燃烧器3供给的燃烧气体110膨胀来驱动。驱动了涡轮4的燃烧气体110作为排放气体111从涡轮4排放。发电机6通过由涡轮4获得的驱动力来旋转，并产生电力。在本实施方式中，压缩机2、涡轮4以及发电机6通过轴29相互连接。
2.燃烧器
燃烧器3具备：外筒10、内筒12、端盖13、燃烧嘴部8、燃料系统26、油燃料系统27以及冷却系统35。
内筒12设置在燃烧嘴部8的燃烧气体110的流动方向的下游侧。以下，将燃烧气体110的流动方向的“上游”、“下游”简称为“上游”、“下游”。内筒12形成为圆筒状，并隔开从压缩机2供给的压缩空气102和通过燃烧器3生成的燃烧气体110。外筒10形成为圆筒状，并设置成在内筒12的外周侧覆盖内筒12。在外筒10与内筒12之间形成的环状空间构成从压缩机2向燃烧器3供给的压缩空气102流动的环状流路24。在环状流路24中流动的压缩空气102从内筒12的外壁面侧对流冷却内筒12。在内筒12的壁面上形成许多的连通孔25。在环状流路24中流动的压缩空气102的一部分作为冷却空气103经由连通孔25从环状流路24向内筒12的内部流入，并用于内筒12的气膜冷却。在环状流路24中流动的压缩空气102内没有用于内筒12的气膜冷却的部分，在环状流路24中向燃烧嘴部8流动，并作为燃烧空气102a流入燃烧嘴部8。流入燃烧嘴部8的燃烧空气102a与从燃料系统26向燃烧嘴部8供给的燃料一起被喷射到燃烧室5内并燃烧。端盖(燃烧器端盖)13设置在燃烧嘴部8的环状流路24中流动的压缩空气102的流动方向的下游侧，并封闭外筒10的一端(在环状流路24中流动的压缩空气102的流动方向的下游侧的端部)。在内筒12的内侧形成了燃烧室5。在燃烧室5中，从燃烧嘴部8的空气孔板20(后述)上所形成的空气孔群51、52喷射出的燃料与燃烧空气102a的混合气体燃烧，生成燃烧气体110。
2－1.燃烧嘴部
燃烧嘴部8被配置为与内筒12的中心轴正交，并全面堵住了内筒12的上游侧的端部。燃烧嘴部8具备：喷油嘴40、多个燃料喷嘴22、28、燃料分配器23、30以及空气孔板20。在本实施方式中，燃烧嘴部8由与内筒12同轴地配置在燃烧室5的上游侧的一个点火燃烧嘴32和配置在点火燃烧嘴32的周围的多个主燃烧嘴33组成。具体来说，喷油嘴40、多个燃料喷嘴(点火燃烧嘴用燃料喷嘴)22、燃料分配器(点火燃烧嘴用燃料分配器)23以及空气孔板20的空气孔群51构成点火燃烧嘴32，多个燃料喷嘴(主燃烧嘴用燃料喷嘴)28、燃料分配器(主燃烧嘴用燃料分配器)30以及空气孔板20的空气孔群52构成主燃烧嘴33。点火燃烧嘴32以及主燃烧嘴33分别被划分为同心圆状的多个(在本实施方式中为3个)环状列。以下，将点火燃烧嘴32以及主燃烧嘴33的多个环状列从内周侧向外周侧分别适当称为第1列、第2列、第3列。
喷油嘴40向燃烧室5供给启动用燃料。喷油嘴40通过端盖13与内筒12同轴地被支持。即，从燃烧室5来看，喷油嘴40的前端部位于空气孔板20的中心(点火燃烧嘴32的第1列)。启动用燃料能够使用轻油、煤油、A重油等油燃料，或者天然气、丙烷等气体燃料。
多个燃料喷嘴22在点火燃烧嘴32的第2、3列上配置为同心圆状，并设置为遍布各列的全周(配置为环状)。多个燃料喷嘴22被燃料分配器23支持。燃料分配器23被端盖13支持。燃料喷嘴22的前端形成为圆筒状，并向空气孔板20的空气孔群51喷射从燃料系统26供给的燃料。
多个燃料喷嘴28在主燃烧嘴33的第1～3列上配置为同心圆状，并设置为遍布各列的全周(配置为环状)。在燃料分配器30B上支持在第1列中所配置的燃料喷嘴28，在燃料分配器30C上支持在第2、3列中所配置的燃料喷嘴28。在端盖13上支持燃料分配器30B、30C。燃料喷嘴28的前端形成为圆筒状，并向空气孔板20的空气孔群52喷射从燃料系统26供给的燃料。
空气孔板20具有空气孔群51、52。空气孔板20是与内筒12同轴的圆盘状的板，配置为在多个燃料喷嘴22、28的燃料流动方向的下游侧离开多个燃料喷嘴22、28的前端。即，在本实施方式中，多个燃料喷嘴22、28没有插入到空气孔群51、52中。空气孔板20的中央区域(构成点火燃烧嘴32的区域)向燃料喷嘴22侧(燃料流动方向的上游侧)凹陷。即，空气孔板20的中央区域中的燃烧室5侧的壁面301以及燃料喷嘴22侧的壁面，相对于除去中央区域的区域中的燃烧室5侧的壁面302以及燃料喷嘴22侧的壁面，面向空气孔板20的中心向燃料流动方向的上游侧倾斜。
在空气孔板20的中央区域形成了空气孔群(中央空气孔群51)。中央空气孔群51由多个空气孔51A、51B组成。在本实施方式中，多个空气孔51A、51B在点火燃烧嘴32的第2、3列上配置为同心圆状，并设置为遍布各空气孔列的全周。多个空气孔51A、51B被配置为一个空气孔在一个燃料喷嘴22的燃料流动方向的下游侧对应于该燃料喷嘴22。多个空气孔51A、51B形成为中心轴与构成入口(燃料流动方向的上游侧的开口部)以及出口(燃料流动方向的下游侧的开口部)的两个圆正交的直圆柱状。另一方面，如上所述，空气孔板20的中央区域向燃料喷嘴22侧凹陷，因此多个空气孔51A、51B相对于中心轴对应的燃料喷嘴22的轴，向空气孔板20的直径方向内侧倾斜。
空气孔群(外周空气孔群)52形成为在空气孔板20的中央空气孔群51的外周侧围住中央空气孔群51。外周空气孔群52由多个空气孔52A、52B、52C组成。多个空气孔52A～52C在主燃烧嘴33的第1～3列上配置为同心圆状，并设置为遍布各空气孔列的全周。多个空气孔52A～52C被配置为一个空气孔在一个燃料喷嘴28的燃料流动方向的下游侧对应于该燃料喷嘴28。多个空气孔52A～52C形成为中心轴与构成入口以及出口的两个圆正交的直圆柱状，并与对应的燃料喷嘴同轴配置。
2－2.燃料系统
燃料系统26具备：燃料供给源200、共用燃料配管207、第1～3燃料配管201～203以及第1～3燃料供给喷嘴41～43。燃料供给源200是向第1～3燃料供给喷嘴41～43供给的燃料的供给源。共用燃料配管207与燃料供给源200相连接。在共用燃料配管207中设置了燃料切断阀(开闭阀)。第1～3燃料配管201～203从共用燃料配管207并列分支，并与第1～3燃料供给喷嘴41～43相连接。在第1～3燃料配管201～203中设置了第1～3燃料流量调节阀61～63。第1～3燃料供给喷嘴41～43与燃料分配器23、30B、30C相连接。此外，从共用燃料配管207分支的燃料配管的数量不限定于3个。
向燃料分配器23、30B、30C供给从燃料供给源200经由第1～3燃料配管201～203导入到第1～3燃料供给喷嘴41～43的燃料。通过第1燃料供给喷嘴41向燃料分配器23供给的燃料(F1燃料)从燃料喷嘴22的前端喷射并供给到燃烧室5。通过第2、3燃料供给喷嘴42、43向燃料分配器30B、30C供给的燃料(F2、F3燃料)从燃料喷嘴28的前端喷射并供给到燃烧室5。F1燃料的流量通过第1燃料流量调节阀61调节，F2燃料的流量通过第2燃料流量调节阀62调节，F3燃料的流量通过第3燃料流量调节阀63来调节。在本实施方式中，通过第1～3燃料流量调节阀61～63独立调节F1～F3的燃料流量，由此控制燃气涡轮成套设备1的发电量。此外，F1～F3燃料能够使用炼焦炉气体、炼油厂废气、煤气化气体等包含氢或一氧化碳的气体燃料，或者天然气等。
2－3.油燃料系统
油燃料系统27具备油燃料供给源210以及油燃料配管204。油燃料供给源210是向喷油嘴40供给的油燃料的供给源。油燃料配管204连接油燃料供给源210和喷油嘴40。在油燃料配管204中设置了油燃料切断阀(开闭阀)65以及油燃料流量调节阀66。从喷油嘴40的前端喷射并向燃烧室5供给从油燃料供给源210经由油燃料配管204导入到喷油嘴40的油燃料。通过油燃料流量调节阀66调节向喷油嘴40供给的油燃料的流量。
2－4.冷却系统
冷却系统35具备：冷却剂供给源220、冷却配管205、冷却喷嘴31、热电偶401、冷却孔601以及控制装置500。冷却剂供给源220是向冷却孔601供给的冷却剂的供给源。冷却配管205连接冷却剂供给源220和冷却喷嘴31。冷却喷嘴31与冷却孔601相连接。从冷却剂供给源220经由冷却配管205导入到冷却喷嘴31的冷却剂经由冷却孔601喷射到燃烧室5。在冷却配管205中设置了冷却剂切断阀(开闭阀)67以及冷却剂流量调节阀68。在本实施方式中，冷却剂切断阀67以及冷却剂流量调节阀68与控制装置500电连接。冷却剂切断阀67输入来自控制装置500的信号S1、S2来切换冷却配管205的接通以及切断。具体来说，冷却剂切断阀67在输入了来自控制装置500的信号(接通信号)S1时接通冷却配管205，在输入了来自控制装置500的信号(切断信号)S2时切断冷却配管205。冷却剂流量调节阀68根据来自控制装置500的信号S3、S4所调节阀开度。具体来说，冷却剂流量调节阀68在输入了来自控制装置500的信号(开度指令信号)S3时调整为信号S3所相应的开度，在输入了来自控制装置500的信号(关闭指令信号)S4时将开度调整为零(即，冷却剂流量调节阀68关闭)。通过调整冷却剂流量调节阀68的开度，调节从冷却剂供给源220向冷却孔601供给的冷却剂的流量。
图2是从下游侧来看本实施方式的燃烧嘴部的图。如图2所示的那样，在本实施方式中，在中央空气孔群51的周围形成6个外周空气孔群52。以下，从在中央空气孔群51的上侧图示的外周空气孔群52按顺时针方向适当称为外周空气孔群52a～52f。
以位于通过相邻的两个外周空气孔群52和中央空气孔群51包围的区域的方式，在空气孔板20上设置了热电偶(温度传感器)401以及冷却孔(孔部)601。如图2所示的那样，在本实施方式中，在通过空气孔板20的相邻的两个外周空气孔群52a、52b，52b、52c，52c、52d，52d、52e，52e、52f以及52f、52a和中央空气孔群51包围的区域Ra～Rf中各设置了一个热电偶401(401a～401f)以及冷却孔601(601a～601f)。以下，对于热电偶401a以及冷却孔601a进行说明，但是热电偶401b～401f以及冷却孔601b～601f也相同。
在从空气孔板20的中心延伸，并通过相邻的两个外周空气孔群52a、52b之间的直线La上形成冷却孔601a。冷却孔601a形成为中心轴与构成冷却剂流动方向的上游侧的开口部以及下游侧的开口部的两个圆正交的直圆柱状，并与冷却喷嘴31同轴配置(参照图1)。向冷却孔601a供给的冷却剂能够使用通过氧气分离设备(未图示)生成的氮气、或者蒸汽、水等。此外，冷却孔601a不限定于与冷却喷嘴31同轴配置的结构，例如，也可以相对于冷却喷嘴31的轴倾斜配置。
热电偶401a测量空气孔板20的区域Ra中的金属温度Tm。热电偶401a设置为在直线La上与冷却孔601a相邻接。此外，在本说明书中“邻接”是指以不受流过冷却孔601a的冷却剂影响的最小距离离开冷却孔601a设置热电偶401a的状态。将热电偶401a插入设置到从空气孔板20的燃烧室5侧的壁面302向燃料流动方向的上游侧形成的热电偶用孔部(未图示)。
图3是表示本实施方式的控制装置的重要部位的概要图。控制装置500基于由热电偶401测量出的金属温度Tm来驱动冷却剂切断阀67以及冷却剂流量调节阀68。如图3所示的那样，控制装置500具备：温度比较部501、冷却剂流量运算部502以及存储部503。
温度比较部501与热电偶401电连接。温度比较部501比较由热电偶401测量出的空气孔板20的区域Ra～Rf中的金属温度Tm内的最大值和上限值(设定值)Tmax。上限值Tmax是燃烧器3的结构物(例如，空气孔板20)能够保持结构强度的最大温度。温度比较部501与冷却剂流量运算部502电连接，在金属温度Tm大于上限值Tmax时，向冷却剂流量运算部502输出与金属温度Tm相关的信号(金属信号)。另一方面，温度比较部501比较由热电偶401测量出的空气孔板20的区域Ra～Rf中的金属温度Tm中的最小值和下限值(设定值)Tmin。下限值Tmin是燃烧室5内的火焰温度通过冷却剂降低而不会变得不稳定的最小温度。温度比较部501在金属温度Tm不足下限值Tmin时，向冷却剂流量运算部502输出信号(停止信号)。
冷却剂流量运算部(运算部)502与存储部503电连接。运算部502在输入从温度比较部501输出的金属信号时，基于金属温度Tm，从存储部503所存储的表示金属温度Tm与冷却剂流量调节阀68的开度之间的关系的表取得(运算)冷却剂流量调节阀68的开度。然后，运算部502向冷却剂切断阀67输出信号S1来接通冷却配管205，向冷却剂流量调节阀68输出信号S3来将冷却剂流量调节阀68的开度调整为已取得的开度，并经由冷却孔601向燃烧室5供给冷却剂。另一方面，运算部502在从温度比较部501输入停止信号时，向冷却剂切断阀67输出信号S2来切断冷却配管205，并向冷却剂流量调节阀68输出信号S4来将冷却剂流量调节阀68的开度调整为零。
(动作)
图4表示本实施方式的燃烧器中的燃料分级。图4表示燃气涡轮从启动开始至到达额定转速额定负荷状态(FSFL)为止的燃料(油燃料以及F1～F3燃料)的流量变化。在图4中，横轴表示经过时间，纵轴表示燃料流量。另外，在图4的最上段表示燃气涡轮从启动开始至到达FSFL为止的燃烧嘴部8的燃烧模式，并以黑色表示燃料喷射的部分。
以下，将燃气涡轮从启动开始至到达FSFL为止的过程以5个时刻(时刻a～e)划分，并对燃料流量的变化进行说明。时刻a是开始启动的时刻，时刻b是到达了额定转速无负荷状态(FSNL)的时刻，时刻c是切换燃料的时刻，时刻d是切换为全燃烧模式的时刻，时刻e是到达了FSFL的时刻。
·时刻a～b
在时刻a，启动压缩机2，如果涡轮4提速到满足可点火条件的转速，则从油燃料供给源210向喷油嘴40供给油燃料来燃烧，并将燃烧器3点火。在涡轮4到达了预定转速后也增加油燃料的流量，燃气涡轮在到达FSNL之前将涡轮4提速。在此期间，不对燃料喷嘴22、28供给F1、F2燃料。此外，将从燃气涡轮开始启动到开始取得负荷为止的时间区间称为提速区域。
·时刻b～c
在时刻b，如果燃气涡轮到达了FSNL，则从发电机6开始取得负荷来增加负荷。根据负荷的增加来增加向喷油嘴40供给的油燃料的流量，并在到达开始燃料切换的规定的部分负荷条件之前提升负荷。
·时刻c～d
在时刻c，在到达开始燃料切换的既定的部分负荷条件时，一边减少油燃料的流量一边增加F1～F2燃料的流量，开始燃料切换。燃烧器3以从点火燃烧嘴32的燃料喷嘴22以及主燃烧嘴33的第1列的燃料喷嘴28喷射从燃料供给源200向第1、2燃料配管201、202供给的F1、F2燃料的燃烧模式(部分燃烧模式)来运行。
·时刻d～e
在时刻d，在到达切换燃料模式的规定的部分负荷条件时，燃烧器3以从点火燃烧嘴32的燃料喷嘴22以及主燃烧嘴33的第1～3列的燃料喷嘴28喷射从燃料供给源200向第1～3燃料配管201～203供给的F1～F3燃料的燃烧模式(全燃烧模式)来运行。此后，增加F1～F3燃料的流量，燃气涡轮到达FSFL。此外，将燃气涡轮从到达FSNL开始至到达FSFL为止的时间区间称为负荷上升区域。
其次，对冷却剂的供给步骤进行说明。
图5是表示燃料切换过程中的火焰形成的概念的图。
从燃气涡轮开始启动至到达FSFL为止的过程中，特别是在时刻c～d，如图5所示的那样，由于油燃料的火焰与气体燃料(F1、F2燃料)的火焰干扰，空气孔板20的金属温度会过度上升。特别是在中央空气孔群51的出口形成了油燃料的火焰和气体燃料的火焰的两个火焰，因此通过气体燃料的火焰的热来促进油燃料的颗粒化和蒸发，并促进油燃料的燃烧。其结果是强化燃油点火火焰81，并作为燃油点火强化火焰82扩大到多个外周空气孔群52之间的区域。因此，特别是通过空气孔板20的相邻的两个外周空气孔群52和中央空气孔群51包围的区域Ra～Rf中的金属温度会过度上升。
图6是表示冷却剂的供给步骤的流程图。
在燃料切换开始时，如图6所示的那样，热电偶401测量金属温度Tm(步骤S1)，并输出到控制装置500的温度比较部501。
温度比较部501比较由热电偶401测量到的空气孔板20的区域Ra～Rf中的金属温度Tm内的最大值和上限值Tmax(步骤S2)。具体来说，在金属温度Tm大于上限值Tmax(Tmax＜Tm)时(是)，温度比较部501向运算部502输出金属信号。然后，控制装置500将步骤移动到步骤S3。反过来，在金属温度Tm为上限值Tmax以下(Tmax≥Tm)时(否)，控制装置500将步骤返回到步骤S1。
运算部502在输入温度比较部501输出的金属信号时，基于金属温度Tm来取得冷却剂流量调节阀68的开度，并向冷却剂切断阀67输出信号S1，向冷却剂流量调节阀68输出信号S3(步骤S3)。
接下来，热电偶401测量金属温度Tm(步骤S4)，并输出到温度比较部501。
温度比较部501比较由热电偶401测量到的空气孔板20的区域Ra～Rf中的金属温度Tm内的最小值和下限值Tmin(步骤S5)。具体来说，在金属温度Tm不足下限值Tmin(Tm＜Tmin)时(是)，温度比较部501向运算部502输出信号。反过来，在金属温度Tm为下限值Tmin以上(Tmin≤Tm)时(是)，控制装置500将步骤返回到步骤S4。
运算部502在输入来自温度比较部501的信号时，向冷却剂切断阀67输出信号S2，向冷却剂流量调节阀68输出信号S4(步骤S6)，控制装置500结束步骤。
(效果)
(1)图7表示比较例的燃气涡轮成套设备中的燃料切换过程的燃料流量以及金属温度的变化，图8表示本实施方式的燃气涡轮成套设备中的燃料切换过程的燃料流量以及金属温度的变化。在图7、8中，横轴表示经过时间，纵轴表示燃料流量、金属温度以及冷却剂流量(仅图8)。另外，时刻to表示燃料切换的开始时刻(专烧油的结束时刻)，时刻tg表示燃料切换的完成时刻(专烧气体的开始时刻)。此外，图7、8中的金属温度Tm表示由热电偶401测量出的空气孔板20的区域Ra～Rf中的金属温度内的最大值。
如图7举例说明的那样，在比较例中经过了时刻to后，如果油燃料的流量减少并且气体燃料的流量增加，则根据上述的理由使金属温度Tm上升，在时刻tc金属温度Tm从下至上跨越上限值Tmax而变得大于上限值Tmax。此后，在随着油燃料流量的减少，燃油点火强化火焰82减弱时，金属温度Tm降低，并在时刻td从上至下跨越上限值Tmax而变得小于上限值Tmax。此后，在时刻tg燃料的切换完成。如上所述，在比较例的燃料切换过程中，金属温度Tm大于上限值Tmax(空气孔板20的温度过度上升)的时间存在。
对此，在本实施方式中，在通过空气孔板20的相邻的两个外周空气孔群52和中央空气孔群51包围的区域Ra～Rf中设置了热电偶401和冷却孔601，并基于热电偶401的测量值向冷却孔601供给冷却剂。因此，如图8举例说明的那样，能够通过流过冷却孔601的冷却剂来冷却空气孔板20，并降低金属温度Tm。因此，能够抑制空气孔板20的过度温度上升，并确保燃烧器3的可靠性。
(2)如上所述，由于燃油点火强化火焰82扩大到多个外周空气孔群52之间，因此在通过空气孔板20的相邻的两个外周空气孔群52和中央空气孔群51包围的区域内，特别是位于从空气孔板20的中心开始延伸，并通过相邻的两个外周空气孔群52之间的直线上的区域温度容易上升。对此，在本实施方式中，因为在从空气孔板20的中心开始延伸，并通过相邻的两个外周空气孔群52之间的直线上形成冷却孔601，所以能够有效地冷却温度容易上升的区域。
(3)在本实施方式中，比较热电偶401的测量值(金属温度Tm)和上限值Tmax，并在热电偶401的测量值大于上限值Tmax时向冷却孔601供给冷却剂。因此，如图8举例说明的那样，能够在上限值Tmax以下保持金属温度Tm，并能够确保空气孔板20的结构强度来进一步提高燃烧器3的可靠性。
(4)在本实施方式中，比较热电偶401的测量值(金属温度Tm)和下限值Tmin，并在热电偶401的测量值不足下限值Tmin时停止向冷却孔601供给冷却剂。因此，如图8举例说明的那样，能够在下限值Tmin以上保持金属温度Tm，并能够通过冷却剂降低燃烧室5内的火焰温度来避免火焰不稳定，从而进一步提高燃烧器3的可靠性。
<第二实施方式>
(结构)
图9表示应用了本实施方式的燃烧器的燃气涡轮成套设备的一个结构例子。在图9中，对与上述第一实施方式相同的部分赋予相同的符号，并适当省略说明。
在本实施方式中，冷却系统35在进一步具备冷却配管206、冷却喷嘴34、热电偶402以及冷却孔602这点与第一实施方式不同。其他方面与第一实施方式相同。
如图9所示的那样，冷却配管206从冷却配管205分支，并连接冷却剂供给源220和冷却喷嘴34。冷却喷嘴34与冷却孔602相连接。从冷却剂供给源220经由冷却配管206导入到冷却喷嘴34的冷却剂经由冷却孔602向燃烧室5喷射。在冷却配管206中设置了冷却剂流量调节阀69。在本实施方式中，冷却剂流量调节阀69与控制装置500电连接。冷却剂流量调节阀69根据来自控制装置500的信号S5、S6来调整阀开度。具体来说，冷却剂流量调节阀69在输入来自控制装置500的信号(开度指令信号)S5时调整为信号S5所对应的开度，在输入了来自控制装置500的信号(关闭指令信号)S6时将开度调整为零(即，冷却剂流量调节阀69关闭)。通过调整冷却剂流量调节阀69的开度，调节从冷却剂供给源220向冷却孔602供给的冷却剂的流量。以位于相邻的两个外周空气孔群52之间的方式，在空气孔板20上至少设置了一个冷却孔(其他的孔部)602。热电偶(其他的温度传感器)402设置为与冷却孔602相邻接。冷却孔602以及热电偶402与冷却孔601以及热电偶401的结构相同。
图10是从下游侧来看本发明的第二实施方式的燃烧嘴部的图。
在图10举例说明的结构中，在空气孔板20的相邻的两个外周空气孔群52a、52b，52b、52c，52c、52d，52d、52e，52e、52f以及52f、52a之间的区域Sa～Sf中，各设置了三个热电偶402(402a～402f)以及三个冷却孔602(602a～602f)。即，在本实施方式的空气孔板20上分别设置了18个热电偶402以及冷却孔602。此外，在空气孔板20的区域Sa～Sf中形成的热电偶402以及冷却孔602的数量不限定于三个。
冷却孔602a在直线La上留出间隔来排列形成，热电偶402a设置为在直线La上留出间隔与冷却孔602相邻接。即，在本实施方式中，热电偶401a、冷却孔601a、三个热电偶402a以及三个冷却孔602a排列在直线La上。热电偶402b～402f以及冷却孔602b～602f也与热电偶402a以及冷却孔602a相同。
图11是表示本实施方式的控制装置的重要部位的概要图。
如图11所示的那样，在本实施方式中，控制装置500的温度比较部501与热电偶401、402电连接。温度比较部501比较由热电偶402测量出的空气孔板20的区域Sa～Sf中的金属温度Tn内的最大值和上限值Tmax。在金属温度Tn大于上限值Tmax时，向运算部502输出与金属温度Tn相关的信号(第二金属信号)。另一方面，温度比较部501比较由热电偶402测量出的空气孔板20的区域Sa～Sf中的金属温度Tn中的最小值和下限值Tmin，在金属温度Tn不足下限值Tmin时，向运算部502输出信号(停止信号)。
运算部502在输入从温度比较部501输出的第二金属信号时，基于金属温度Tn，从存储部503所存储的表示金属温度Tn与冷却剂流量调节阀69的开度之间的关系的表取得(运算)冷却剂流量调节阀69的开度。然后，运算部502向冷却剂流量调节阀69输出信号S5来将冷却剂流量调节阀69的开度调整为已取得的开度，并经由冷却孔602向燃烧室5供给冷却剂。另一方面，运算部502在从温度比较部501输入停止信号时，向冷却剂流量调节阀69输出信号S6来将冷却剂流量调节阀69的开度调整为零。
(效果)
图12表示本发明的第二实施方式的燃气涡轮成套设备中的燃料切换过程的燃料流量以及金属温度的变化。
在本实施方式中，以位于相邻的两个外周控制孔群52之间的区域Sa～Sf的方式，在空气孔板20上设置了至少一个冷却孔602。因此，如图12举例说明的那样，能够通过流过冷却孔601的冷却剂来冷却空气孔板20，降低金属温度Tm，并且在空气孔板20的区域Sa～Sf中也能够通过流过冷却孔602的冷却剂来冷却空气孔板20，降低金属温度Tn。因此，相比第一实施方式，能够更迅速地冷却空气孔板20。除此之外，在本实施方式中，相比第一实施方式还增加了冷却系统数量，所以能够相应地提高空气孔板20的冷却自由度。因此，能够根据燃气涡轮的各种运行条件来冷却空气孔板20。
另外，在本实施方式中，比较热电偶401、402的测量值(金属温度Tm、Tn)和上限值Tmax，在金属温度Tm大于上限值Tmax时(图12的时刻tc1)向冷却孔601供给冷却剂，在金属温度Tn大于上限值Tmax时(图12的时刻tc2)向冷却孔602供给冷却剂。因此，如图12举例说明的那样，能够将金属温度Tm、Tn保持在上限值Tmax以下，能够进一步确保空气孔板10的结构强度，并进一步提高燃烧器3的可靠性。
另外，在本实施方式中，比较热电偶401、402的测量值(金属温度Tm、Tn)和下限值Tmin，在金属温度Tm不足下限值Tmin时(图12的时刻td1)停止向冷却孔601供给冷却剂，在金属温度Tn不足下限值Tmin时(图12的时刻td2)停止向冷却孔602供给冷却剂。因此，如图12举例说明的那样，能够将金属温度Tm、Tn保持在下限值Tmin以上，能够更可靠地避免通过冷却剂降低燃烧室5内的火焰温度而使火焰不稳定，进一步提高燃烧器3的可靠性。
<其他>
本发明并不限定于上述的各实施方式，还包含各种变形例。例如，上述的各实施方式是为了易懂地说明本发明而进行的详细说明，并不限定于必须具备说明的全部结构。例如，能够将某个实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构，另外，也能够在某个实施方式的结构中追加其他实施方式的结构。
在上述的各实施方式中，对于根据热电偶401、402的测定值来调节冷却剂流量调节阀68、69的开度，并控制冷却剂流量的结构进行了说明。然而，本发明的本质效果是抑制燃气涡轮燃烧器的结构物的过度温度上升，并确保燃气涡轮燃烧器的可靠性，只要能够获得该本质效果，则不需要必须是上述结构。例如，也可以是热电偶401、402的测定值在上限值Tmax附近时多供给冷却剂，在下限值Tmin附近是少供给冷却剂的结构。
另外，在上述的各实施方式中，对于控制装置500的存储部503存储表示金属温度Tm与冷却剂流量调节阀68、69的开度之间的关系的表的结构进行了说明。然而，只要能够获得上述的本发明的本质效果，则不需要必须是该结构。例如，也可以是控制装置500的运算部502存储上述表的结构。
另外，在上述的各实施方式中，说明了燃料喷嘴22、28的前端没有插入到空气孔群51、52的结构，也可以将燃料喷嘴22、28的前端插入到空气孔群51、52内。此时，由于空气孔群51、52的入口面积减小，因此空气喷流的流速增加，进一步促进从燃料喷嘴22、28喷射的燃料与空气的混合。

Claims (5)

1.一种燃气涡轮燃烧器，具备：喷射燃料的多个燃料喷嘴；具有对应于所述多个燃料喷嘴而形成的多个空气孔，并设置在所述多个燃料喷嘴的燃料流动方向的下游侧的空气孔板；使从所述多个空气孔板喷射出的燃料和空气燃烧来生成燃烧气体的燃烧室，其特征在于，
所述空气孔板具有由多个所述空气孔组成的中央空气孔群、以及由多个所述空气孔组成并以围绕所述中央空气孔群的方式形成的多个外周空气孔群，
所述燃气涡轮燃烧器具备：
以位于由相邻的两个所述外周空气孔群和所述中央空气孔群包围的区域的方式设置在所述空气孔板上的孔部以及温度传感器；
冷却剂的供给源；
连接所述孔部和所述供给源的冷却配管；
设置在所述冷却配管上的阀；以及
基于所述温度传感器的测量值来驱动所述阀的控制装置。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮燃烧器，其特征在于，
所述孔部形成在从所述空气孔板的中心延伸并在相邻的两个所述外周空气孔群之间通过的直线上。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮燃烧器，其特征在于，
所述控制装置具备：
比较所述温度传感器的测量值与测定值的温度比较部；以及
在所述温度传感器的测量值大于所述设定值时向所述阀输出信号的运算部。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮燃烧器，其特征在于，
以位于相邻的两个所述外周空气孔群之间的方式，在所述空气孔板上还设置了至少一个其他孔部。
5.一种燃气涡轮成套设备，其特征在于，
具备：
压缩空气的压缩机；
将从所述压缩机供给的压缩空气与燃料混合来进行燃烧的权利要求1所述的燃气涡轮燃烧器；以及
用从所述燃气涡轮燃烧器供给的燃烧气体来驱动的涡轮。
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