JP2006317061A - 二流体サイクル用低NOx燃焼器とその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 希薄予混合燃焼器12と、燃焼器ライナ14と、燃焼器ケーシング16と、燃焼器ライナと燃焼器ケーシングの隙間に水蒸気3を供給し燃焼用空気2と混合させて水蒸気含有空気5を形成する第1水蒸気供給ライン22と、燃焼器ライナの火炎7a,7bより下流側に水蒸気4を供給し燃焼ガスと混合させて水蒸気含有燃焼ガス6を形成する第2水蒸気供給ライン24と、電力需要に応じて第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気量を分配制御する分配制御装置30とを備える。
【選択図】 図1
Description
NOxの発生要因は、燃焼時の高温火炎により空気中の窒素が酸化する、いわゆるサーマルNOxが主であり、このサーマルNOxを低減するには、火炎中のホットスポットを減少させ、高温火炎の発生をなくすことが効果的である。このため、上述した二流体サイクルでは、水蒸気の噴射により火炎温度を低下させる手段が用いられ、燃焼器には水蒸気を噴射しても安定燃焼ができる拡散燃焼器が使用されていた。
また、こうした熱電可変と組み合わせたDry低NOx燃焼器では、蒸気噴射の出力アップに伴う燃料増加によるNOx増加に対応するため、噴射する蒸気の一部または全部を燃焼領域へ噴射することで、NOxの増加を防ぎ、全負荷範囲での低NOx運転を実現していた。
この課題に対する解決策として、可変機構を用いて燃焼領域への空気配分を削減し、燃焼領域の燃料/空気割合を増大させることが考えられるが、中小型のガスタービンではコスト面で可変機構の採用は困難であった。
前記分配制御装置により、検出された未燃成分濃度が所定の閾値を超えないように第1水蒸気供給ラインの水蒸気量を制御し、検出されたNOx濃度と未燃成分濃度が所定の閾値を超えないように第2水蒸気供給ラインの水蒸気量を制御する。
前記分配制御装置により、第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気量の比率を一定に維持し、かつ検出されたNOx濃度と未燃成分濃度が所定の閾値を超えないように第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気総量を制御する。
電力需要に応じて第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気量を分配制御する、ことを特徴とする二流体サイクル用低NOx燃焼器の運転方法が提供される。
制限された空気は比較的流入しやすいスクロール冷却空気となって、燃焼と直接係らない領域から主流ガスに導入されることになる。
すなわち本発明によれば、燃焼領域への空気量を運転条件により変化させ、常に安定燃焼条件を維持できるような可変機構と同様な効果を、比較的シンプルな機構による実現し、従来では安定燃焼性の点から燃焼効率が低下するような蒸気噴射量でも、安定燃焼を確保できるようになる。
また、この例では、複数の希薄予混合燃焼器12の中央に拡散燃焼器11が配置され、燃料1をそのまわりから導入される空気5(後述する水蒸気含有空気)を用いて拡散燃焼するようになっている。
また、図示しない点火栓(イグナイタ)を備え、拡散燃焼器11内の燃料に着火するようになっているのが好ましい。
なお、本発明において、拡散燃焼器11は必須ではなく、安定燃焼が可能な限りで省略してもよく、或いは着火後、安定燃焼に達した後に、拡散燃焼器11による燃焼量を低減し、或いは燃焼を停止してもよい。また燃料1は、好ましくはガス燃料であるが、本発明はこれに限定されず、液体燃料であってもよい。
さらにこの例では、燃料1の流量を調節する燃料調節弁11a,12aがそれぞれ設けられている。
燃焼器ライナ14の火炎より下流側には、第2水蒸気供給ライン24を直接通す貫通穴が好ましくは複数設けられている。また燃焼器ライナ14の更に下流側は、スクロール部14aであり、水蒸気含有燃焼ガス6をガスタービンに導くために渦巻き形状に形成されている。
このスクロール部14aには、外側の空気2を内部に直接導入して、スクロール部を冷却するための微細な貫通孔が多数設けられている。なお冷却用の貫通孔は、燃焼器ライナのスクロール部以外の部分にも必要に応じて設けるのがよい。
この燃焼用空気2は図示しない空気圧縮機から供給される。
また、燃焼器ケーシング16は、火炎より下流側に第2水蒸気供給ライン24を直接通す貫通穴が設けられ、更に燃焼器ケーシング16の第2水蒸気供給ライン24と希薄予混合燃焼器12の中間位置には、第1水蒸気供給ライン22を直接通す貫通穴が好ましくは複数設けられている。
第1水蒸気供給ライン22は、その途中に第1蒸気調節弁23を有し、蒸気供給源から供給される蒸気流量を自由に調節できるようになっている。
また、第2水蒸気供給ライン24は、その途中に第2蒸気調節弁25を有し、蒸気供給源から供給される蒸気流量を自由に調節できるようになっている。
これらの図において、横軸は燃料流量、縦軸は、エンジン出力、蒸気量、NOx濃度、未燃成分濃度である。
図3に示すように、第1水蒸気供給ライン22の水蒸気量を増加させていき水蒸気量が過剰になると、希薄予混合燃焼器12における燃焼が不安定となり、未燃成分濃度が急激に増大する傾向を示す。
この方法により、希薄予混合燃焼器12における燃焼を安定に維持し、未燃成分濃度の増大傾向を抑制することができる。
第2水蒸気供給ライン24から燃焼器ライナの火炎7a,7bより下流側に水蒸気を供給し燃焼ガスと混合させて水蒸気含有燃焼ガス6を形成する場合には、燃焼領域よりも下流に流入する作動流体(燃焼ガス+ライナ流入空気+蒸気)が増加し、作動流体の増加によりライナ内の背圧が上昇し、ライナ上流から流入する空気量を制限し、蒸気噴射量が多い条件では、燃焼用空気を制限することでも未燃成分生成を抑制することができる。
また制限された空気は比較的流入しやすいスクロール冷却空気となって、燃焼と直接係らない領域から主流ガスに導入されることになる。
なお、第2水蒸気供給ライン24の水蒸気量Bの増加により、未燃成分濃度が所定の閾値を超える場合には、第1水蒸気供給ライン22の水蒸気量Aを減少させてもよい。
また逆に燃焼空気の制限でNOxが増加してきた場合には、第1水蒸気ライン22の水蒸気量を未燃成分の閾値内で増加させてもよい。
制限された空気は比較的流入しやすいスクロール冷却空気となって、燃焼と直接係らない領域から主流ガスに導入されることになる。
すなわち本発明によれば、燃焼領域への空気量を運転条件により変化させ、常に安定燃焼条件を維持できるような可変機構と同様な効果を、比較的シンプルな機構による実現し、従来では安定燃焼性の点から燃焼効率が低下するような蒸気噴射量でも、安定燃焼を確保できるようになる。
5 水蒸気含有空気、6 水蒸気含有燃焼ガス、
7a,7b 火炎、8 電力需要コマンド、
11 拡散燃焼器、12 希薄予混合燃焼器、
11a,12a 燃料調節弁、14 燃焼器ライナ、
14a スクロール部、16 燃焼器ケーシング、
22 第1水蒸気供給ライン、23 第1蒸気調節弁、
24 第2水蒸気供給ライン、25 第2蒸気調節弁、
26 ガスセンサ、30 分配制御装置
Claims (6)
- 燃料を希薄予混合燃焼させる希薄予混合燃焼器と、該希薄予混合燃焼器で発生した火炎を囲み燃焼ガスを外部に導く燃焼器ライナと、希薄予混合燃焼器と燃焼器ライナを囲み燃焼器ライナとの隙間を通して希薄予混合燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼器ケーシングと、燃焼器ライナと燃焼器ケーシングの隙間に水蒸気を供給し燃焼用空気と混合させて水蒸気含有空気を形成する第1水蒸気供給ラインと、燃焼器ライナの火炎より下流側に水蒸気を供給し燃焼ガスと混合させて水蒸気含有燃焼ガスを形成する第2水蒸気供給ラインと、電力需要に応じて第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気量を分配制御する分配制御装置とを備える、ことを特徴とする二流体サイクル用低NOx燃焼器。
- 前記水蒸気含有燃焼ガスに含まれるNOx濃度と未燃成分濃度を検出するガスセンサを備え、
前記分配制御装置により、検出されたNOx濃度が所定の閾値を超えないように第1水蒸気供給ラインの水蒸気量を制御し、検出された未燃成分濃度が所定の閾値を超えないように第2水蒸気供給ラインの水蒸気量を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の二流体サイクル用低NOx燃焼器。 - 前記水蒸気含有燃焼ガスに含まれるNOx濃度と未燃成分濃度を検出するガスセンサを備え、
前記分配制御装置により、第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気量の比率を一定に維持し、かつ検出されたNOx濃度と未燃成分濃度が所定の閾値を超えないように第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気総量を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の二流体サイクル用低NOx燃焼器。 - 燃料を希薄予混合燃焼させる希薄予混合燃焼器と、該希薄予混合燃焼器で発生した火炎を囲み燃焼ガスを外部に導く燃焼器ライナと、希薄予混合燃焼器と燃焼器ライナを囲み燃焼器ライナとの隙間を通して希薄予混合燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼器ケーシングと、燃焼器ライナと燃焼器ケーシングの隙間に水蒸気を供給し燃焼用空気と混合させて水蒸気含有空気を形成する第1水蒸気供給ラインと、燃焼器ライナの火炎より下流側に水蒸気を供給し燃焼ガスと混合させて水蒸気含有燃焼ガスを形成する第2水蒸気供給ラインと、前記水蒸気含有燃焼ガスに含まれるNOx濃度と未燃成分濃度を検出するガスセンサとを備え、
電力需要に応じて第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気量を分配制御する、ことを特徴とする二流体サイクル用低NOx燃焼器の運転方法。 - 検出されたNOx濃度が所定の閾値を超えないように第1水蒸気供給ラインの水蒸気量を制御し、検出された未燃成分濃度が所定の閾値を超えないように第2水蒸気供給ラインの水蒸気量を制御する、ことを特徴とする請求項4に記載の二流体サイクル用低NOx燃焼器の運転方法。
- 第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気量の比率を一定に維持し、かつ検出されたNOx濃度と未燃成分濃度が所定の閾値を超えないように第1水蒸気供給ラインと第2水蒸気供給ラインの水蒸気総量を制御する、ことを特徴とする請求項4に記載の二流体サイクル用低NOx燃焼器の運転方法。
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EP2778354A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Variable heat/power ratio cogeneration system |
JP2017020346A (ja) * | 2015-07-07 | 2017-01-26 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 熱電可変型コジェネレーションシステム |
CN106439915A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-02-22 | 华南理工大学 | 一种燃气轮机燃烧室低氮燃烧装置及其燃烧方法 |
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