JP2009133220A - 燃焼装置，燃焼装置の改造方法及び燃焼装置の燃料噴射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、複数個の燃焼器を有する燃焼装置について燃焼装置の信頼性を向上させるとともに、環境性能を向上させることにある。
【解決手段】
本発明は、着火装置を備えた前記燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻を、着火装置を備えない前記燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻より遅らせる手段を備えたことを特徴とする。
【効果】
本発明によれば、複数個の燃焼器を有する燃焼装置について燃焼装置の信頼性を向上させるとともに、環境性能を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼装置，燃焼装置の改造方法及び燃焼装置の燃料噴射方法に関する。

特開平１０−１２１９８６号公報には、複数個の燃焼器を備えたガスタービンを開示する。一般に、複数個の燃焼器を備えたガスタービンは、ガスタービンの周長に沿った環状に配置されており、隣接する全ての燃焼器は火炎伝播管によって燃焼器間を接続されている。この火炎伝播管は、接続された燃焼器間の圧力差によって火炎伝播管の内部を燃焼ガスが流通する。複数個の燃焼器のうち、１つ或いは２つの燃焼器には電気スパークを発生する着火装置が設けられている。

ガスタービンの始動は、外部エネルギーによって圧縮機の回転数を上昇させ、燃焼器に空気を導入する。その後、点火指令信号の発生に伴い、着火装置がスパークを開始すると共に、燃料制御弁が開き、全燃焼器に一斉に燃料が供給される。そして、着火装置を備えた燃焼器が最初に着火される。これに伴い、着火した燃焼器と着火装置を装着していない未着火の燃焼器には、内筒の内部空間に圧力差が生じるため、高温の燃焼ガスが未着火燃焼器へ流入し、この熱エネルギーによって未着火燃焼器が着火する。この動作が隣接燃焼器へ順次行われ、全ての燃焼器が着火する。

特開平１０−１２１９８６号公報

複数個の燃焼器を有するガスタービンでは、燃焼器着火の際に、以下のような課題が存在する。

燃焼器が複数個ある場合、着火に必要な燃料と空気の比率（以下、着火燃空比と呼ぶ）は、着火装置による着火（以下、点火栓着火と呼ぶ）に比べ、隣接燃焼器から流入する燃焼ガスの熱エネルギーを利用する着火（以下、火炎伝播着火と呼ぶ）の方が高くなる。このため、燃料の供給タイミングが全燃焼器で同一になるガスタービン燃焼器では、着火装置の電気スパークによって着火した燃焼器から高温の燃焼ガスが隣接燃焼器に流入しても、隣接する未着火燃焼器では火炎伝播着火に必要な量の燃料が供給されておらず、着火失敗を引き起こす可能性がある。

特に、着火装置を設置した燃焼器が着火する際、燃焼器内部の急激な圧力上昇によって、隣接燃焼器へ多量の燃焼ガスが流入して着火するケースが多い。そのため、全ての燃焼器が着火するまでに要する時間は数秒程度である。したがって、着火装置を設置した燃焼器が着火するタイミングと隣接する未着火燃焼器が目標燃料流量に到達するタイミングが着火特性に強く影響すると考えられる。

そこで本発明は、複数個の燃焼器を有する燃焼装置について燃焼装置の信頼性を向上させるとともに、環境性能を向上させることにある。

本発明は、着火装置を備えた前記燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻を、着火装置を備えない前記燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻より遅らせる手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数個の燃焼器を有する燃焼装置について燃焼装置の信頼性を向上させるとともに、環境性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照し説明する。

実施例１について、図１乃至図４と図８を参照しつつ以下に説明する。本実施例は、燃焼装置としてガスタービンに適用した場合の例である。

図１は、実施例１におけるガスタービン燃焼器を含むガスタービンプラントの全体構成を概略的に示す概略構成図である。図１に示すように、ガスタービンプラントは、主として、空気を圧縮して高圧の燃焼空気を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される燃焼空気１４と燃料とを混合して燃焼ガス１５を生成する複数の燃焼器３ａ，３ｂと、この燃焼器３ａ，３ｂで生成された燃焼ガス１５が導入されるタービン２を有する。なお、図１の概略構成図では、後述する１０缶の燃焼器のうち、２缶のみを代表して示している。また、圧縮機１とタービン２の軸は連結されている。

燃焼器３ａ，３ｂは、燃料と圧縮機１からの燃焼空気１４とを混合燃焼させ燃焼ガスを生成する内筒７と、内筒７で生成した燃焼ガス１５をタービン２に導くためのトランジションピース８と、内筒７の上流側に設けられ、液体燃料を微粒化するための液体燃料ノズル１０と、燃焼空気１４に旋回を付与する旋回器１２と、燃焼器３ａを点火させるための着火装置である点火栓９を外筒５とエンドカバー６とで密閉したものである。

圧縮機１から供給された燃焼空気１４は、外筒５と内筒７，トランジションピース８で構成される環状の空気流路を通って、内筒７の壁面に設けられた燃焼孔や冷却孔、旋回器１２に設けられた空気孔などから内筒７内に導入される。内筒７の内部では、燃焼空気１４と燃料が混合され、この混合気が内筒７の内部で燃焼する。燃焼によって生成した燃焼ガス１５は、トランジションピース８を介してタービン２に噴射されてタービン２を駆動する。これにより、タービン２に連結された発電機４を駆動して発電する。

燃料供給系統は、燃料タンク１００，燃料ポンプ１０１，圧力調節弁１０２，燃料遮断弁１０３，流量調節弁１０４，フローディバイダ１０５によって構成されている。フローディバイダ１０５の下流には、各燃焼器３ａ，３ｂに接続する燃料配管１０６，１０７が設置される。また、燃料配管１０６，１０７の途中には、燃料配管及び燃料ノズルのコーキングを防止するための燃料パージ系統が接続されている。燃料パージ系統は、パージ空気圧縮機１０８，パージ空気遮断弁１０９，逆止弁１１０，１１１で構成される。

液体燃料は燃料ポンプ１０１によって昇圧され、燃料ポンプ１０１のバイパスラインに設置されている圧力調節弁１０２で所定の圧力に設定される。昇圧された液体燃料は流量調節弁１０３，燃料遮断弁１０４を通過してフローディバイダ１０５で各燃焼器に分配され、各燃焼器３ａ，３ｂに供給される。

一般に、多缶で構成されるガスタービン燃焼器は、図８に示すようにタービン２の周方向に環状配置されている。図８は、図１に示したガスタービン燃焼器について、タービン回転軸方向に沿ってエンドカバー６を見た場合の概略図である。隣接する燃焼器３ａ，３ｂ間は、火炎伝播管１１によって内筒７の内部が接続される。点火栓９は、２つの燃焼器に設けられている。なお、通常は全燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置（点火栓）が設けられており、１缶あるいは２缶とすることが多い。また、燃焼器を多缶で構成する場合、各燃焼器３ａ，３ｂでの燃焼状態は全て同様であることが望ましい。そのため、各燃焼器３ａ，３ｂに設置する燃料ノズル１０や旋回器１２の構造、燃料ノズル１０の流量特性は同一にあわせたものを使用することが一般的である。

図２は第１の比較例における燃焼器及び燃料供給系統、燃料パージ系統の全体構成を示したものである。第１の比較例における燃料供給系統は、フローディバイダ１０５から各燃焼器３ａ，３ｂに接続される燃料配管１０６，１０７の断面積が全ての燃焼器で同じである。また、各燃焼器３ａ，３ｂの燃料配管に接続され、液体燃料を内筒７の内部に排出するための燃料パージ系統も、燃料ノズル１０の燃料供給入口からＬだけ離れた同じ位置（Ｘ点）に接続されている。

このように構成された第１の比較例における燃焼器３ａ，３ｂの着火動作について説明する。圧縮機１は外部エネルギー、具体的には起動用電動機によって所定の着火回転数まで昇速し、圧縮機１からの燃焼空気１４を燃焼器３ａ，３ｂに供給する。その後、点火指令信号の発信にともない、点火栓９が電気スパークを開始すると同時に流量調節弁１０３，燃料遮断弁１０４の開動作が行われ、フローディバイダ１０５によって均等配分された燃料が燃焼器３ａ，３ｂに供給される。その後、燃焼器３ａが点火栓９の電気スパークによって着火（以下、点火栓着火と呼ぶ）し、火炎１６を形成する。このとき、燃焼器３ａの着火にともない、内筒７の内部圧力が急激に上昇し、未着火燃焼器３ｂとの間に圧力差を生じる。この圧力差で燃焼器３ａから燃焼器３ｂに向かって高温の燃焼ガス１７が火炎伝播管１１内を通って流れ、燃焼ガス１７の熱エネルギーによって、燃焼器３ｂが着火（以下、火炎伝播着火と呼ぶ）する。

一方、ガスタービン停止後は燃料配管１０６，１０７及び燃料ノズル１０内のコーキングを抑制する目的で、上述したようにパージ空気によって燃料配管１０６，１０７及び燃料ノズル１０内に滞留する燃料は、燃料ノズル１０の燃料入口を通じて内筒７の内部に排出される。そのため、燃料ノズル入口がパージされた燃料を外部に排出する排出部に相当する。燃料パージ後、燃料パージ系統と燃料配管との接続部（Ｘ点）より下流側の燃料配管１０６，１０７及び燃料ノズル１０の燃料流路はパージ空気によって置換されることになる。したがって、燃焼器３ａ及び３ｂにおいて、燃料配管内を流れる燃料流路の断面積と接続部（Ｘ点）から燃料ノズル１０の燃料供給入口までの配管長さが全て同じ場合、燃料パージ終了後、燃料配管の内部に残存したパージ空気の容積は全ての燃焼器で同じになる。このため、ガスタービン停止後の再着火時は、燃料ノズル１０から噴射する燃料のタイミングが全ての燃焼器で同じとなる。

第１の比較例における燃焼器３ａ，３ｂの燃料流量の時間経過を図４（ａ）に示す。図中の横軸は経過時間、縦軸は燃料ノズルからの燃料噴射流量を示す。図中のＡ点は点火指令信号の発信点、Ｂ点は燃料ノズル１０からの燃料噴射開始点、Ｇ点は着火時の燃料噴射量の最終到達点を示す。また、Ｅ点は点火栓着火に必要な燃料流量、Ｆ点は火炎伝播着火に必要な燃料流量を示したものである。一般に、着火に必要な燃料流量は、点火栓着火に比べ火炎伝播着火の方が高くなる特性を示すことが多い（Ｅ＜Ｆ）。Ｃ点、Ｄ点は燃料噴射流量（Ｅ点，Ｆ点）における到達時間を示している。

ここで、前述したように、第１の比較例の場合、全ての燃焼器は同一のタイミングで燃料の噴射が開始されるため、各燃焼器とも図に示すような燃料噴射流量の推移を示し、経過時間Ｃ点で燃焼器３ａのみ点火栓９によって着火する。しかし、点火栓９の設置されていない燃焼器３ｂでは、火炎伝播着火に必要な燃料が供給されていないため、燃焼器３ａから高温の燃焼ガス１７が流入しても着火できない可能性がある。

通常、火炎伝播着火は、燃焼器３ａが着火する時、燃焼ガスが膨張することで燃焼器内部の圧力が瞬間的に高くなり、燃焼器３ｂへ多量の燃焼ガス１７が流入して着火するケースが多い。このため、燃焼器３ｂの燃料流量がＦ点に到達しても、燃焼器３ａからは十分な熱エネルギーが伝わらず着火失敗を引き起こす可能性がある。

なお、燃焼装置に供給する燃料として、液体燃料及びガス燃料を使用する。特に、液体燃料を使用した場合には、着火失敗が起きると内筒の内側に未燃焼の液体燃料が付着する。内筒の内側に液体燃料が付着した状態で更に着火を試みると、内筒に付着した液体燃料が熱を受けて蒸発し白煙が生じる。白煙は有臭であるため、都市部に設置する燃焼装置では周囲の環境に考慮して、燃焼装置から発生する白煙を防止することが重要である。

また、図３には、ＮＯｘ排出量を低減するための予混合器２１を備えた第２の比較例を示している。このような燃焼器３ａ，３ｂは、燃焼器の中央に燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式のパイロットバーナ１９を配置し、その周囲に予混合器２１が配置される。

このような構成の燃焼器３ａ，３ｂは、中央のパイロットバーナ１９のみで着火するため、その周囲の予混合器２１から流下する空気流２２によって燃焼ガス１７の流れが阻害される。そのため、中央のパイロットバーナ１９で火炎伝播させることが難しく、第１の比較例に比べ、着火失敗を引き起こす可能性も高くなる。

そこで本実施例では、着火装置を備えた燃焼器における燃料配管と燃料パージ系統との接続部からパージ燃料を外部に排出する排出部までの燃料配管を流れる燃料流路の断面積が、着火装置を備えない燃焼器における同区間の燃料配管を流れる燃料流路の断面積より大きくしている。具体的には、点火栓９を設置した燃焼器３ａの燃料供給系統において、燃料パージ系統と燃料配管との接続部（Ｘ点）から燃料ノズル１０の燃料入口までの燃料配管１０７の断面積Ａｓｐを、点火栓を設置しない燃焼器３ｂの燃料配管１０６の断面積Ａｘｆよりも大きくすることが望ましい。

燃料パージ系統と燃料配管との接続部（Ｘ点）から燃料ノズル１０の燃料入口までの距離が同じであれば、点火栓９を設置した燃焼器３ａの燃料配管１０７は、点火栓を設置しない燃焼器３ｂの燃料配管１０６よりも配管を流れる燃料の流路容積が大きくなる。ここで、配管を流れる燃料の流路容積は、配管長さと燃料の流路断面積との積で表される。そのため、ガスタービン燃焼器に初めて着火する際、燃料配管１０７中に液体燃料が充満するまでの時間が燃料配管１０６より長くなる。従って、燃焼器３ａの燃料ノズル１０から燃料が噴射するタイミングが燃焼器３ｂに比べて遅くなる。

このときの時間変化に対する燃料ノズル１０からの燃料噴射流量の推移を図４（ｂ）に示す。始めに、ａ点で点火指令信号が発信し、ａ点からｂ点までの時間が点火栓を設置しない燃焼器３ｂの燃料配管１０６に液体燃料が充満するまでの時間である。その後、ｂ点で燃焼器３ｂの燃料ノズル１０から燃料が噴射される。一方、点火栓９を設置した燃焼器３ａは、点火栓を設置しない燃焼器３ｂよりも燃料配管１０７を流れる燃料の流路容積が大きいため、燃料配管１０７中に液体燃料が充満するまでの時間が燃焼器３ｂに比べ長くなり、ｃ点になって燃料の噴射を開始する。

本実施例では、各燃焼器における燃料ノズル１０の流量特性が同一であるため、点火栓を設置した燃焼器３ａにおいてｃ点以降で燃料噴射流量が増加する割合は、点火栓を設置していない燃焼器３ｂにおいてｂ点以降で燃料噴射流量が増加する割合とほぼ同じである。このとき、点火栓着火に必要な燃料流量をｅ点、火炎伝播着火に必要な燃料流量をｆ点とすると、点火栓着火を行う燃焼器３ａがｅ点に到達する時間と火炎伝播着火を行う燃焼器３ｂがｆ点に到達する時間が、ｄ点でほぼ同一となる。

即ち、着火装置を備えた燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻（ｃ点）を、着火装置を備えない燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻（ｂ点）より遅らせる手段を備えた本発明であれば、点火栓９によって着火した燃焼器３ａから瞬時に高温の燃焼ガス１７が燃焼器３ｂに流入すると同時に、燃焼器３ｂにおいても火炎伝播着火に必要な量の燃料が既に供給されている。そのため、着火装置を備えない燃焼器３ｂにおいても安定して火炎伝播着火することができ、比較例に比べ火炎伝播着火の特性を向上することができる。また、フローディバイダ１０５から燃料ノズル１３までの燃料配管に弁を設けずとも、着火装置を備えた燃焼器と着火装置を備えない燃焼器においてほぼ同時刻（ｄ点）で、燃料噴射流量がｅ点及びｆ点に到達するため、複雑な制御を不要にすることが可能である。

また、本実施例では、各燃焼器における燃料配管と燃料パージ系統との接続部（Ｘ点）から燃料ノズル入口までの長さ（Ｌ）が等しい。既存のガスタービン燃焼器では前述の長さ（Ｌ）が同一である場合が多い。そのため、長さ（Ｌ）の配管を交換することで燃料の流路面積を変更して、配管内部の燃料流路容積を変更することができ、容易に改造することが可能である。

そして、各燃焼器３ａ，３ｂの上流側には燃料を分配するフローディバイダ１０５が設けられている。フローディバイダ１０５を備えるため、それぞれの燃焼器ごとに燃料タンクを設けて燃料噴射タイミングを調整する必要がなく、燃料供給系統を簡易に構成することが可能である。

また、本発明の構成では、燃料を停止した時に燃料配管内部に滞留する燃料を内筒の内部に排出する燃料パージ系統が燃料配管に接続されている（Ｘ点）。ガスタービン停止後、燃料配管１０６，１０７と燃料ノズル１０の内部に滞留する燃料をパージ空気によって置換するため、燃料パージ系統と燃料配管との接続部（Ｘ点）より下流側の燃料配管１０６，１０７及び燃料ノズル１０内には燃料の代わりにパージ空気が流入する。各燃焼器３ａ，３ｂに流入したパージ空気の容積は、燃料パージ系統と燃料配管との接続部（Ｘ点）からパージされた燃料を外部に排出する排出部までの燃料の流路容積の差だけ、着火装置を有した燃焼器３ａに多くのパージ空気が流入する。従って、ガスタービン停止後の再起動においても、着火装置を備えた燃焼器３ａにおける燃料ノズル１０からの噴射開始時刻を、着火装置を備えない燃焼器３ｂより遅らせることができる。このように、本発明であれば起動，停止を頻繁に行う液体燃料焚き燃焼器を備えたガスタービン燃焼器においても、着火特性向上に有効である。

また、パージ燃料を外部に排出する排出部が燃料ノズルの燃料入口であるため、パージされた燃料は内筒７に排出される。パージされた燃料を別に保存する貯留タンクを設ける必要がないため、コストを低減することが可能である。

さらに、図３に示す第２の比較例のような予混合燃焼方式を採用した燃焼器３ａ，３ｂにおいても、本発明の燃料供給系統を適用すれば、断面積Ａｓｐの大きさを変えることで、燃焼器３ａと３ｂの燃料噴射開始時間を火炎伝播着火に最も良好な条件で設定でき、着火特性の向上を図ることが可能となる。

ここで、着火装置を備えた燃料配管１０７の断面積Ａｓｐの大きさを、図４（ｂ）を用いて定義する。図４（ｂ）に示す点火栓を設置しない燃焼器３ｂがｆ点まで到達するのに必要な燃料の体積量をＦｘｆ（図中の一点鎖線囲み部）、点火栓を設置した燃焼器３ａがｅ点までに到達するのに必要な燃料の体積量をＦｓｐ（図中の太斜線部）とする。また、燃焼器３ｂの燃料配管１０６の断面積をＡｘｆとし、燃料配管と燃料パージ系統との接続部（Ｘ点）から燃料ノズル１０の燃料入口までの配管長さをＬとする。ここで燃料配管１０７と１０６の配管容積の差を、ＦｓｐとＦｘｆの差（図中の細斜線部）と同じにすることで、前述した燃料噴射開始時間を設定できる。即ち、以下の式で定義することができる。

Ａｓｐ＝（Ｆｘｆ−Ｆｓｐ）／Ｌ＋Ａｘｆ （式１）
そして、着火装置を備えていない燃焼器３ｂにおいて着火失敗が生じない点ｄで着火可能なように、着火装置を備えた燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻を、着火装置を備えない燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を開始する開始時刻より所望の時間以上遅らせることが望ましい。

また、本発明を用いた燃焼器は新規に設置するガスタービンのみならず、既存のガスタービンに設置されている燃焼器においても、点火栓９を設置した燃焼器３ａにおける燃料配管１０７の変更のみで同様の効果が得られるため、広く適用可能である。

次に、実施例２について図５を参照しつつ説明する。

本実施例の燃焼器における基本構成部品は、実施例１と同様の構成である。本実施例では、Ｘ２点をＸ１点よりも上流側に形成することで、点火栓９を設置した燃焼器３ａの燃料パージ系統の接続部（Ｘ２点）から燃料ノズル入口までの燃料配管１０７の長さＬ２を、点火栓を設置しない燃焼器３ｂの燃料パージ系統の接続部（Ｘ１点）から燃料ノズル入口までの燃料配管１０６の長さＬ１よりも長く形成したことである。

このように構成した本発明の実施形態であれば、着火装置を備えた燃焼器３ａの燃料配管１０７の容積を、着火装置を備えない燃焼器３ｂの燃料配管１０６の容積よりも大きくすることができ、実施例１と同様の効果が期待できる。

また、実施例１では、燃料配管１０７の断面積が流路の途中で拡大し、燃料ノズル１０の入口で縮小するため、ガスタービン停止後の燃料パージの際、流路の拡大・縮小部で燃料が残留する可能性がある。

これに対し、本実施例の構成であれば、燃料配管１０７の断面積は全て一様であるため、燃料パージの際に燃料の残留を防止できる。そのため、実施例１に比べ、より信頼性の高い燃焼器を提供することができる。

次に、本発明の実施例３について図６を参照しつつ説明する。

本実施例における燃焼器は、実施例２と同様に、全ての燃焼器３ａ，３ｂの燃料配管１０６，１０７の断面積が同一である。本実施例では、燃料パージ系統を燃料配管に接続する接続位置も同一である点が相違する。燃料パージ系統と燃料配管との接続部から燃料ノズル入口までの配管距離をＬ３とする。更に本実施例では、点火栓９を設置した燃焼器３ａの燃料配管１０７のみに燃料ノズル入口からＬ４（Ｌ３＜Ｌ４）だけ離れた上流側に三方弁１１３を設置する。三方弁１１３の上流側にはフローディバイダ１０５への逆流を防止するための逆止弁１１２を設け、さらに三方弁１１３の一端（即ち、三方弁１１３の上流側）は、パージ燃料タンク１１４へ接続する構成となっている。

実施例１，２では、燃焼器３ａの燃料パージ系統と燃料配管との接続部から燃料ノズル入口までの燃料配管１０７を流れる燃料の流路容積を、燃焼器３ｂの同じ部位における燃料配管１０６を流れる燃料の流路容積に比べて大きくしている。そのため、ガスタービン停止後に燃料パージを実施すると、燃焼器３ａの内筒には多量の燃料が排出される。ガスタービン停止直後に燃料パージを実施すると、内筒の内部は高温であるため、パージされた燃料はこれらの熱を受けて蒸発し、有色有臭の排煙を多量に発生する。また、パージした燃料が内筒７や旋回器１２に付着し、コーキングによって内筒７の冷却空気孔や、旋回器１２の空気孔などを閉塞する可能性がある。このため、燃焼器３ａ，３ｂの内筒７に排出されるパージ燃料は極力少ない方が好ましい。

これに対し本実施例の構成であれば、ガスタービン停止後に、燃料パージ系統と燃料配管１０７との接続部（Ｘ３点）から三方弁１１３までの区間における燃料配管１０７とパージ燃料タンク１１４とを連通するように、三方弁１１３が作動する。従って、燃焼器３ａの接続部（Ｘ３点）より下流側の燃料配管１０７に滞留する燃料は燃焼器３ａの内筒へ排出され、接続部（Ｘ３点）よりも上流側に滞留する燃料はパージ空気によってパージ燃料タンク１１４へ燃料が排出される。即ち、パージされた燃料を外部に排出する排出部は、燃料ノズル入口及び三方弁の２箇所となる。

また、仮に三方弁１１３にリークが発生し、フローディバイダ１０５側へ燃料が押し出されても、逆止弁１１２によって燃料の逆流を防止することができる。

本実施例では、着火装置を備えた燃焼器において、燃料パージ系統と燃料配管との接続部から燃料ノズル入口までの配管を流れる燃料の流路容積を前述の実施例よりも少なく出来る。そのため、パージ空気を供給した際、燃焼器３ａの内筒内部へ排出する燃料を減少させることができ、排煙の発生を抑制することが可能であるため、環境対応型の燃焼装置を提供することができる。また、着火の際には、実施例１，２と同様の効果が得られ、より信頼性の高い燃焼器を提供することができる。

次に、実施例４について図７を参照しつつ説明する。本実施例における燃焼器は、実施例１〜３と同様の構成であり、点火栓９を設置する燃焼器３ａの燃料配管１０７の途中に制御弁１１５を設けた点が異なる。

実施例１〜３では、着火装置を備えた燃焼器３ａの燃料配管１０７を流れる燃料の流路容積を、着火装置を備えない燃焼器３ｂの燃料配管１０６を流れる燃料の流路容積に対し大きくすることで、燃料の噴射タイミングを異ならせている。但し、ガスタービンでは、大気温度，湿度などの条件によって圧縮機１からの燃焼空気量が変化する。そのため、年間を通して大気温度，湿度の差が大きい地域に設置するガスタービンでは、その条件によって着火に必要な燃料流量も変化することが考えられる。従って、実施例１〜３の場合、大気温度，湿度の条件によっては着火失敗を引き起こす可能性もある。

これに対し本実施例では、着火装置を備えた燃焼器３ａの燃料配管１０７に設置した制御弁１１５及び燃料パージ系統に設けられたパージ空気遮断弁１０９の開度、点火指令信号の発信タイミングが、制御装置２００からの信号に基づき制御される。この制御装置２００には、大気温度又は湿度が入力される。

具体的には、制御装置２００に入力された大気温度又は湿度に基づき、制御弁１１５の開度及び点火指令信号の発信タイミングを調整する。また、ガスタービンを停止した後に実施する燃料パージに必要な空気量も、制御装置２００によってパージ空気遮断弁１０９の開度を調整する。このように、点火指令信号の発信タイミング及び制御弁１１５の動作をコントロールすることで、燃料の噴射タイミングを自由に調整することができ、大気条件などで着火に必要な燃料流量が変化する場合にも着火特性を損なうことなく、より信頼性の高い燃焼器を提供することができる。

ガスタービン燃焼器のみならず、複数の燃焼器で構成される燃焼装置に広く適用できる。また、燃焼装置に使用する燃料は液体燃料及び気体燃料ともに使用可能である。

本発明のガスタービン燃焼器における実施例１の構成を側断面図で示すと共に、これを備えるガスタービンプラントの全体構成を概略的に示す概略構成図である。 比較例１における燃焼器の形態を示す側断面図である。 比較例２における燃焼器の形態を示す側断面図である。 比較例及び実施例１における時間変化に対する燃料噴射流量の特性を示す図である。 本発明の実施例２を示すガスタービン燃焼器の側断面図である。 本発明の実施例３を示すガスタービン燃焼器の側断面図である。 本発明の実施例４を示すガスタービン燃焼器の側断面図である。 図１に示したガスタービン燃焼器について、タービン回転軸方向に沿ってエンドカバー６を見た場合の概略図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ タービン
３ａ，３ｂ 燃焼器
５ 外筒
７ 内筒
８ トランジションピース
９ 点火栓
１０ 燃料ノズル
１１ 火炎伝播管
１２ 旋回器
１０５ フローディバイダ
１０６，１０７ 燃料配管
１０８ パージ空気圧縮機
１１０，１１１ 逆止弁

Claims (11)

1. 燃料ノズルに燃料を供給するための燃料配管と、
   該燃料配管に接続された燃料パージ系統とを備えた燃焼器を複数個有し、
   前記複数個の燃焼器は、隣接する燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、
   複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置であって、
   着火装置を備えた前記燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射を、着火装置を備えない前記燃焼器が備える燃料ノズルから燃料噴射より遅らせる手段を備えたことを特徴とする燃焼装置。
2. 燃料を噴射する燃料ノズルに接続された燃料配管と、
   該燃料配管に接続された燃料パージ系統とを備えた燃焼器を複数個有し、
   前記複数個の燃焼器は、隣接する燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、
   複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置であって、
   着火装置を備えた燃焼器における前記燃料配管と前記燃料パージ系統との接続部からパージ燃料を外部に排出する排出部までの燃料配管を流れる燃料流路の断面積又は容積が、着火装置を備えない燃焼器における同区間の燃料配管を流れる燃料流路の断面積又は容積より大きくしたことを特徴とする燃焼装置。
3. 燃料を噴射する燃料ノズルに接続された燃料配管と、
   該燃料配管に接続された燃料パージ系統とを備えた燃焼器を複数個有し、
   前記複数個の燃焼器は、隣接する燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、
   複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置であって、
   着火装置を備えた燃焼器における前記燃料配管と前記燃料パージ系統との接続部からパージ燃料を外部に排出する排出部までの燃料配管の長さが、着火装置を備えない燃焼器における同区間の燃料配管の長さより長くしたことを特徴とする燃焼装置。
4. 燃料ノズルに燃料を供給する燃料配管と、
   該燃料配管に滞留する燃料を前記燃料配管の系外に排出する燃料パージ系統と、
   前記燃料配管と前記燃料パージ系統とが合流する接続部を有した燃焼器を複数個配置し、
   隣接する前記燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置であって、
   燃料タンクから供給された燃料を複数の前記燃料配管に配分するフローディバイダと、
   着火装置を備えた燃焼器における前記燃料配管と前記燃料パージ系統との接続部からパージ燃料を外部に排出する排出部までの燃料配管を流れる燃料流路の断面積又は容積が、着火装置を備えない燃焼器における同区間の燃料配管を流れる燃料流路の断面積又は容積より大きくしたことを特徴とする燃焼装置。
5. 燃料ノズルに燃料を供給する燃料配管と、
   該燃料配管に滞留する燃料を前記燃料配管の系外に排出する燃料パージ系統と、
   前記燃料配管と前記燃料パージ系統とが合流する接続部を有した燃焼器を複数個配置し、
   隣接する前記燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置であって、
   燃料タンクから供給された燃料を複数の前記燃料配管に配分するフローディバイダと、
   着火装置を備えた燃焼器における前記燃料配管と前記燃料パージ系統との接続部からパージ燃料を外部に排出する排出部までの燃料配管の長さが、着火装置を備えない燃焼器における同区間の燃料配管の長さより長くしたことを特徴とする燃焼装置。
6. 請求項１に記載の燃焼装置であって、
   前記着火装置を備えた燃焼器の燃料配管と燃料パージ系統との接続部より上流側に設置された三方弁と、該三方弁の一端にはパージされた燃料を貯蔵するタンクと接続する構成としたことを特徴とする燃焼装置。
7. 請求項１に記載の燃焼装置であって、
   着火装置を備えた燃焼器と着火装置を備えない燃焼器におけるそれぞれの前記燃料ノズルは拡散燃焼方式のパイロットバーナが有する燃料ノズルであり、該パイロットバーナの周囲に予混合器が配置されていることを特徴とする燃焼装置。
8. 燃料ノズルに燃料を供給する燃料配管と、
   該燃料配管に滞留する燃料を前記燃料配管の系外に排出する燃料パージ系統と、
   前記燃料配管と前記燃料パージ系統とが合流する接続部を有した燃焼器を複数個配置し、
   隣接する前記燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置であって、
   前記着火装置を備えた燃焼器における前記燃料配管の途中に、燃料流量を調整する制御弁及び、該制御弁を大気温度，湿度に基づいて開閉制御する制御装置を備えたことを特徴とする燃焼装置。
9. 燃料ノズルに燃料を供給するための燃料配管と、
   該燃料配管内部に滞留する燃料を前記燃料配管から排出する燃料パージ系統を前記燃料配管に接続した燃焼器を複数個有し、
   前記複数個の燃焼器は、隣接する燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、
   複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置の改造方法であって、
   着火装置を備えた燃焼器における前記燃料配管と前記燃料パージ系統との接続部からパージ燃料を外部に排出する排出部までの燃料配管を流れる燃料流路の断面積又は容積が、着火装置を備えない燃焼器における同区間の燃料配管を流れる燃料流路の断面積又は容積より大きくなるように燃料配管を交換したことを特徴とする燃焼装置の改造方法。
10. 燃料を燃焼室に噴射する燃料ノズルを備えた燃焼器を複数個有し、
    前記複数個の燃焼器は、隣接する燃焼器間を火炎伝播管によって接続し、
    複数個の燃焼器のうち一部の燃焼器に着火装置を具備した燃焼装置の燃料噴射方法であって、
    前記着火装置を備えない燃焼器の前記燃料ノズルから燃料の噴射を開始する第一の工程と、
    該第一の工程の後に、前記着火装置を備えた燃焼器の前記燃料ノズルから燃料噴射を開始する第二の工程とを備えたことを特徴とする燃焼装置の燃料噴射方法。
11. 請求項１０記載の燃焼装置の燃料噴射方法であって、
    所定の時間が経過した後に、前記着火装置を備えない燃焼器を着火させる第三の工程を備えたことを特徴とする燃焼装置の燃料噴射方法。

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