JP2010054087A - Gas turbine combustor and operating method of gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体燃料と液体燃料との双方を燃焼できる液体燃料と気体燃料とのデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor compatible with dual fuel of gas fuel and liquid fuel capable of burning both gas fuel and liquid fuel, and a method for operating the gas turbine combustor.
近年、液体燃料、気体燃料の何れの燃焼にも対応できるガスタービン燃焼器が注目を集めており、デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器と呼ばれている。 In recent years, gas turbine combustors that can handle both combustion of liquid fuels and gaseous fuels have attracted attention, and are called dual-fuel compatible gas turbine combustors.
デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器は、液体燃料と気体燃料を自由に切り替えて燃焼して運転できるため、燃料インフラに対しフレキシブルに対応できる点で優れたガスタービン燃焼器である。 The dual-fuel compatible gas turbine combustor is an excellent gas turbine combustor because it can be operated by freely switching between liquid fuel and gaseous fuel and can be flexibly adapted to the fuel infrastructure.
然しながらこのようなデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器においても、地球環境保護の観点からNOx排出量の低減は重要な技術課題の1つとなっている。 However, even in such a dual-fuel compatible gas turbine combustor, reduction of NOx emissions is an important technical issue from the viewpoint of protecting the global environment.
ところで、ガスタービン燃焼器におけるNOx低減方法として予混合燃焼方式がある。予混合燃焼とは、ガスタービン燃焼器に設けた予混合器内で予め燃料と空気を混合してガスタービン燃焼器の燃焼室に供給し、燃焼させる燃焼方式である。 Incidentally, there is a premixed combustion method as a NOx reduction method in the gas turbine combustor. Premixed combustion is a combustion system in which fuel and air are mixed in advance in a premixer provided in a gas turbine combustor and supplied to the combustion chamber of the gas turbine combustor for combustion.
ガスタービン燃焼器を予混合燃焼させる構成にすることによって、ガスタービン燃焼器の燃焼室内に局部的な高温領域の発生を抑えることで、発生する燃焼ガス中のサーマルNOx濃度の低減が可能となる。 By configuring the gas turbine combustor to perform premixed combustion, it is possible to reduce the thermal NOx concentration in the generated combustion gas by suppressing the generation of a local high temperature region in the combustion chamber of the gas turbine combustor. .
一般に、ガスタービン燃焼器の予混合燃焼は燃料と空気の混合を促進して希薄な混合ガスを生成して燃焼させるため、燃焼室内に形成する火炎の不安定性や、この火炎の不安定性に伴なって燃焼振動が発生するケースが多い。 In general, premixed combustion in a gas turbine combustor promotes mixing of fuel and air to generate a lean mixed gas and burns it. Therefore, the instability of the flame formed in the combustion chamber and the instability of this flame In many cases, combustion vibrations occur.
このような不具合の現象を回避するために、液体燃料と気体燃料とを使用するデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器として、例えば燃焼安定性に優れたメインノズルによる拡散燃焼と、パイロットノズルによる前記予混合燃焼とを組み合わせたガスタービン燃焼器が、特開平5−215338号公報に開示されている。 In order to avoid such a phenomenon of failure, as a dual-fuel compatible gas turbine combustor using liquid fuel and gaseous fuel, for example, diffusion combustion by a main nozzle excellent in combustion stability and the above-mentioned pre-provision by a pilot nozzle are used. A gas turbine combustor combined with mixed combustion is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-215338.
前記デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器による運転方法は、ガスタービンの負荷に応じて拡散燃焼と予混合燃焼との燃焼比率を制御して、低NOx化と燃焼安定性の両立を図るようにしている。 The dual fuel-compatible gas turbine combustor is operated by controlling the combustion ratio between diffusion combustion and premixed combustion according to the load of the gas turbine so as to achieve both low NOx and combustion stability. Yes.
地球環境保護の観点からガスタービン燃焼器の排出ガスに対する環境規制は厳しさを増してきており、デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器でも、環境規制を満足するために予混合燃焼の燃焼割合を高めた運転を行うことが必要となってきている。 From the viewpoint of protecting the global environment, environmental regulations on exhaust gas from gas turbine combustors are becoming stricter, and even in dual-fuel compatible gas turbine combustors, the combustion rate of premixed combustion is increased in order to satisfy environmental regulations. It has become necessary to carry out the operation.
デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器では、ガスタービンの運用者の都合によって燃料として液体燃料の使用と気体燃料の使用とを選択して使用できる。 In the gas turbine combustor corresponding to the dual fuel, the use of liquid fuel or the use of gaseous fuel can be selected and used depending on the convenience of the operator of the gas turbine.
しかしながら、前記デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器で気体燃料を燃焼させた場合に、大気条件の大幅な変動や、燃料の組成の変化によるカロリーの変動が生じた場合には、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガス中のNOx濃度の低減とガスタービン燃焼器の燃焼安定性とを両立させる運転範囲が非常に狭くなり、実質的にガスタービン燃焼器を継続して運転させることが困難となる。 However, when gas fuel is burned with the dual-fuel compatible gas turbine combustor, if there is a significant change in atmospheric conditions or a change in calories due to a change in fuel composition, the gas turbine combustor The operating range in which the reduction of the NOx concentration in the generated combustion gas and the combustion stability of the gas turbine combustor are compatible becomes very narrow, making it difficult to operate the gas turbine combustor substantially continuously.
特にガスタービン燃焼器で発生する燃焼ガス中のNOx濃度の制限値については1桁台のPPM濃度の極めて低いNOx排出値が要求されており、予混合燃焼の燃焼比率を高めた運転が一層顕著となる傾向にある。 Especially for the limit value of the NOx concentration in the combustion gas generated in the gas turbine combustor, an extremely low NOx emission value with a PPM concentration in the single digit range is required, and the operation with an increased combustion ratio of the premixed combustion is more remarkable. It tends to be.
前記デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器では、通常、気体燃料を燃焼させている場合、NOx排出量を低減させるために予混合燃焼の比率を高くすると、ガスタービン燃焼器内に形成される火炎が不安定となり逆火や失火、燃焼振動が増大する可能性が高くなる。 In the dual-fuel compatible gas turbine combustor, normally, when the gas fuel is combusted, if the premixed combustion ratio is increased in order to reduce the NOx emission amount, the flame formed in the gas turbine combustor is reduced. It becomes unstable and the possibility of increased backfire, misfire, and combustion vibration increases.
逆に、前記デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器では、燃焼安定性を向上させるために予混合燃焼の比率を低くすると、拡散燃焼によって排出されるNOx濃度が増加して環境規制を満足できなくなる可能性が高くなる。 Conversely, in the dual-fuel compatible gas turbine combustor, if the ratio of premixed combustion is lowered in order to improve combustion stability, the concentration of NOx discharged by diffusion combustion may increase, and environmental regulations may not be satisfied. Increases nature.
本発明の目的は、気体燃料を燃焼するガスタービン燃焼器の運転時に大気条件の変動や燃料の組成の変化が生じた場合でも、所望の低NOx濃度を達成すると共に、燃焼安定性も確保できる液体燃料と気体燃料のデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法を提供することにある。 An object of the present invention is to achieve a desired low NOx concentration and to ensure combustion stability even when atmospheric conditions change or fuel composition changes during operation of a gas turbine combustor that burns gaseous fuel. To provide a dual-fuel gas turbine combustor and a gas turbine combustor operating method for liquid fuel and gas fuel.
本発明のガスタービン燃焼器は、液体燃料と気体燃料との双方が燃焼可能なように液体燃料を供給する液体燃料供給系統と、気体燃料を供給する気体燃料供給系統とがそれぞれ配設されたガスタービン燃焼器であって、このガスタービン燃焼器の軸中心に位置して燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周側に位置して燃料を予混合して燃焼させる複数の予混合燃焼バーナとを備え、前記拡散燃焼バーナに液体燃料を噴射する液体燃料ノズルと気体燃料を噴射する気体燃料ノズルを設け、前記予混合燃焼バーナに液体燃料を噴射する別の液体燃料ノズルと気体燃料を噴射する気体燃料噴孔を設け、前記拡散燃焼バーナに備えた液体燃料ノズルに前記気体燃料供給系統の一部を接続させてこの液体燃料ノズルから気体燃料を噴射するように構成したことを特徴とする。 The gas turbine combustor of the present invention is provided with a liquid fuel supply system that supplies liquid fuel and a gaseous fuel supply system that supplies gas fuel so that both the liquid fuel and the gas fuel can be combusted, respectively. A gas turbine combustor, a diffusion combustion burner for diffusing and burning fuel located at the axial center of the gas turbine combustor, and a plurality of fuels premixed and combusted on the outer peripheral side of the diffusion combustion burner And a liquid fuel nozzle for injecting liquid fuel to the diffusion combustion burner and a gas fuel nozzle for injecting gaseous fuel, and another liquid fuel nozzle for injecting liquid fuel to the premixed combustion burner A gas fuel injection hole for injecting the gas fuel, and connecting a part of the gas fuel supply system to the liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner, Characterized by being configured to inject charge.
また本発明のガスタービン燃焼器の運転方法は、液体燃料と気体燃料の何れもが燃焼可能なように液体燃料を供給する液体燃料供給系統と、気体燃料を供給する気体燃料供給系統とをそれぞれ配設したガスタービン燃焼器の軸中心に位置して燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼バーナと、この拡散燃焼バーナの外周側に位置して燃料を予混合して燃焼させる複数の予混合燃焼バーナとを備え、前記拡散燃焼バーナに液体燃料を噴射する液体燃料ノズルと気体燃料を噴射する気体燃料ノズルを設け、前記予混合燃焼バーナに液体燃料を噴射する別の液体燃料ノズルと気体燃料を噴射する気体燃料噴孔を設けたガスタービン燃焼器の運転方法において、気体燃料をこのガスタービン燃焼器で燃焼させている場合でガスタービンの負荷が高負荷に増加した際に、前記拡散燃焼バーナに備えた液体燃料ノズルに気体燃料供給系統から気体燃料を供給して前記液体燃料ノズルから気体燃料を噴射して燃焼させ、この液体燃料ノズルから噴射する気体燃料の流量をガスタービンの運転状態量に応じて制御することを特徴とする。 The gas turbine combustor operating method of the present invention includes a liquid fuel supply system for supplying liquid fuel and a gaseous fuel supply system for supplying gaseous fuel so that both liquid fuel and gaseous fuel can be combusted. A diffusion combustion burner positioned at the axial center of the gas turbine combustor disposed to diffuse and burn the fuel, and a plurality of premixed combustion burners positioned on the outer peripheral side of the diffusion combustion burner to premix and burn the fuel; A liquid fuel nozzle for injecting liquid fuel to the diffusion combustion burner and a gas fuel nozzle for injecting gaseous fuel, and another liquid fuel nozzle for injecting liquid fuel to the premixed combustion burner and injecting the gaseous fuel In the operation method of the gas turbine combustor provided with the gas fuel injection hole, when the gas fuel is burned by the gas turbine combustor, the load of the gas turbine increases to a high load. At the time, the gaseous fuel is supplied from the gaseous fuel supply system to the liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner, the gaseous fuel is injected from the liquid fuel nozzle and burned, and the flow rate of the gaseous fuel injected from the liquid fuel nozzle Is controlled according to the operating state quantity of the gas turbine.
本発明によれば、気体燃料を燃焼するガスタービン燃焼器の運転時に大気条件の変動や燃料の組成の変化が生じた場合でも、所望の低NOx濃度を達成すると共に、燃焼安定性も確保できる液体燃料と気体燃料のデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法が実現できる。 According to the present invention, a desired low NOx concentration can be achieved and combustion stability can be ensured even when fluctuations in atmospheric conditions and changes in fuel composition occur during operation of a gas turbine combustor that burns gaseous fuel. A gas turbine combustor corresponding to dual fuel of liquid fuel and gas fuel and a method of operating the gas turbine combustor can be realized.
次に、本発明の実施例である液体燃料と気体燃料との双方を燃焼できるデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法について図面を参照して以下に説明する。 Next, a dual-fuel compatible gas turbine combustor and an operation method of the gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention capable of burning both liquid fuel and gaseous fuel will be described below with reference to the drawings.
本発明の一実施例である液体燃料と気体燃料との双方を燃焼できるデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法を備えたガスタービンプラントについて図1乃至図3を参照して説明する。 FIG. 1 to FIG. 3 show a dual-fuel compatible gas turbine combustor capable of burning both liquid fuel and gaseous fuel and a gas turbine combustor operating method according to an embodiment of the present invention. I will explain.
図1は、本発明の一実施例となる液体燃料と気体燃料とのデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの全体構成を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of a gas turbine plant including a gas turbine combustor that is compatible with dual fuels of liquid fuel and gaseous fuel according to an embodiment of the present invention.
図1に示したように、ガスタービンプラントは、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気300を生成する圧縮機1と、この圧縮機1から供給される燃焼用空気300と燃料とを混合して燃焼し、高温の燃焼ガス403を生成する液体燃料と気体燃料とのデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器3と、このガスタービン燃焼器3で生成された高温の燃焼ガス403を作動流体として供給して回転するタービン2と、このタービン2の回転によって駆動され発電を行う発電機4とを備えている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine plant mixes a
なお、本実施例のガスタービンプラントでは圧縮機1とタービン2及び発電機4の軸は連結された1軸構造となっている。
In the gas turbine plant according to the present embodiment, the shafts of the
前記ガスタービン燃焼器3は、燃料として気体燃料210と、液体燃料110との何れも燃焼可能なデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器3であり、圧縮機1から供給される燃焼空気300とこれらの燃料とを混合して燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する燃焼室を形成する内筒7と、気体燃料210及び液体燃料110を供給する燃料供給系統と燃焼空気300を供給する圧縮空気供給系統とが配設されており、内部に燃焼室を形成する前記内筒7を収容した外筒5と、この外筒5の端部を覆うエンドカバー6と、前記内筒7の下流側に接続して生成した高温の燃焼ガスをタービン2に導くトランジションピース8とで密閉した圧力容器を構成している。
The
前記外筒5にはその先端が内筒7の内側に位置する点火栓9が取り付けられており、内筒7に噴射された燃料の点火を行うようになっている。 A spark plug 9 whose tip is located inside the inner cylinder 7 is attached to the outer cylinder 5 so as to ignite the fuel injected into the inner cylinder 7.
前記ガスタービン燃焼器3に備えられた内筒7の上流側の軸中心位置には、燃焼安定性の良い液体燃料ノズル12を備えた拡散燃焼バーナ10が設置されており、この拡散燃焼バーナ10の周囲には低NOx化に有効な燃料と空気とを予混合させる混合室11aを備えた予混合燃焼バーナ11が複数個配置されている。
A
図2は前記ガスタービン燃焼器3に備えられた拡散燃焼バーナ10の詳細断面を示す断面図であり、拡散燃焼バーナ10は内側に混合室を形成する中空円錐形状部10aが設置された構造であり、この混合室を形成している中空円錐形状部10aの壁面には燃焼空気に旋回成分を付与する複数個の空気孔15が環状に配設されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed cross section of the
前記拡散燃焼バーナ10の軸中心位置には、拡散燃焼用の液体燃料210を噴射する液体燃料ノズル12が配置されている。
A
前記液体燃料ノズル12の外周には、拡散燃焼バーナ10の中空円錐形状部10aに形成した複数個の空気孔15の数と同数の気体燃料210を噴出する気体燃料ノズル14が、この各空気孔15の上流側に近接した相対する位置に環状に位置するようにそれぞれ配置されている。
On the outer periphery of the
そして、前記各気体燃料ノズル14から噴射する気体燃料210は、中空円錐形状部10aに形成した相対する空気孔15から該中空円錐形状部10aの混合室に噴出する空気の流れと同軸方向に該空気孔15を通じて前記中空円錐形状部10aの混合室に噴射される構造となっている。
The
一方、前記ガスタービン燃焼器3に備えられた予混合燃焼バーナ11は、図1及び図8に示したように予混合燃焼バーナ11の上流側の軸中心位置に液体燃料110を供給するための液体燃焼ノズル13が設置されている。
On the other hand, the
更に予混合燃焼バーナ11は、この液体燃料ノズル13の下流側に該液体燃料ノズル13から噴射された液体燃料110と空気の混合を促進するための中空円錐形状の混合室11aをその上流側に形成し、この混合室11aの下流側には、液体燃料110を蒸発するための略円筒形状の蒸発室11bを形成している。
Further, the
また予混合燃焼バーナ11の前記混合室11a及び蒸発室11bの壁面には、予混合燃焼バーナ11内に燃焼空気を導入するための複数の空気孔11cが設けられており、これらの空気孔11cを設けた壁面には、気体燃料供給系統220から供給される気体燃料210を噴出するための気体燃料噴孔11dが設けられている。
A plurality of air holes 11c for introducing combustion air into the premixed
図1に示したガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントにおいて、ガスタービン燃焼器3に気体燃料210を供給する場合には、液化させた気体燃料210を貯蔵する気体燃料タンク200と、この気体燃料タンク200から供給する燃料の流量を調節する制御弁201と、気体燃料タンク200から供給された液化させた気体燃料210を気化させる蒸発器202と、この蒸発器202から気体燃料ノズル14に供給する気体燃料210の流量を調節する流量制御弁203と気体燃料210の流量を遮断する遮断弁204、並びに流量制御弁205と遮断弁206をそれぞれ備えた気体燃料供給系統220を配設した構成にして、気体燃料210をガスタービン燃焼器3に供給するように構成している。
In the gas turbine plant equipped with the gas turbine combustor shown in FIG. 1, when supplying the
そして気体燃料供給系統220からガスタービン燃焼器3に供給する気体燃料210の流量は、ガスタービンの負荷に基づいて制御装置800の操作によって前記流量制御弁203、205の弁開度を操作して制御される。
The flow rate of the
更に気体燃料210をガスタービン燃焼器3で燃焼させる気体燃料燃焼時には、ガスタービン燃焼器3に備えた拡散燃焼バーナ10に設置した液体燃料ノズル12に気体燃料供給系統220の一部と接続させた経路を通じて気体燃料210を供給させるように構成している。
Further, at the time of gas fuel combustion in which the
前記液体燃料ノズル12に気体燃料供給系統220から供給する気体燃料210の流量は、該液体燃料ノズル12と接続させたこの気体燃料供給系統220の途中に気体燃料210の流量を調節する流量調節弁207と、流量を遮断する燃料遮断弁208とを設け、後述する制御装置50の操作によって流量調節弁207の弁開度を操作して制御される。
The flow rate of the
また、前記気体燃料供給系統220には、気体燃料210をガスタービン燃焼器3に供給している時に液体燃料供給系統120から液体燃料120が気体燃料供給系統210に逆流することを防止する逆止弁209が設置されている。
The gaseous
また、ガスタービン燃焼器3に液体燃料110を供給する場合は、液体燃料110を貯蔵する液体燃料タンク100と、この液体燃料タンク100から供給する燃料を昇圧する加圧昇圧ポンプ101と、供給する燃料の圧力を調節する圧力調節弁102と、この圧力が調節された液体燃料110が液体燃料ノズル12に供給される流量を調節する流量制御弁103と液体燃料110の流量を遮断する遮断弁104、及び圧力が調節された液体燃料110が燃料ノズル13に供給する流量を調節する流量制御弁105と遮断弁106とをそれぞれ備えた液体燃料供給系統120を配設した構成にして、液体燃料110をガスタービン燃焼器3に供給するように構成している。
When the
そして液体燃料供給系統120からガスタービン燃焼器3に供給する液体燃料110の流量は、ガスタービンの負荷に基づいて制御装置800の操作によって前記流量制御弁103、105の弁開度を操作して制御される。
The flow rate of the
また、前記液体燃料供給系統120には、液体燃料110をガスタービン燃焼器3に供給している時に気体燃料供給系統220から気体燃料210が液体燃料供給系統120に逆流することを防止する逆止弁107が設置されている。
The liquid
そして前記気体燃料供給系統220及び液体燃料供給系統120はそれぞれガスタービン燃焼器3に備えた拡散燃焼バーナ10と、予混合燃焼バーナ11に接続されており、ガスタービンプラントの運転者が選択した燃料に基づいて気体燃料供給系統220、又は液体燃料供給系統120からガスタービン燃焼器3の拡散燃焼バーナ10及び予混合燃焼バーナ11に供給する気体燃料210の供給、又は液体燃料110の供給をガスタービンの負荷に応じて制御装置800によって独立して制御する構成となっている。
The gaseous
上記構成のガスタービンプラントに備えたガスタービン燃焼器3の運転方法について次に簡単に説明する。
Next, an operation method of the
ガスタービンを起動から昇速させて、ガスタービンを低負荷条件で運転する場合には、ガスタービン燃焼器3に設置した拡散燃焼バーナ10に気体燃料210又は液体燃料110を供給して燃焼させ、この拡散燃焼バーナ10を単独で運転させる。
When the gas turbine is accelerated from the start-up and the gas turbine is operated under a low load condition,
更に燃料流量が増加するガスタービンの高負荷条件でガスタービンを運転する場合は、ガスタービン燃焼器3に設置した拡散燃焼バーナ10による燃焼に加えて、予混合燃焼バーナ11にも気体燃料210又は液体燃料110を供給して燃焼させた運転を実施する。
Further, when the gas turbine is operated under the high load condition of the gas turbine in which the fuel flow rate is increased, in addition to the combustion by the
この拡散燃焼バーナ10と予混合燃焼バーナ11とを備えたガスタービン燃焼器3によって気体燃料210を燃焼させる場合には、拡散燃焼と予混合燃焼の燃焼負荷の割合(具体的には、燃料流量の比率)を制御して、低NOxと安定燃焼の両立を図るように前記ガスタービン燃焼器3の運転を行う。
When the
通常、拡散燃焼の割合を小さくするとNOx排出量を低減できる反面、燃焼不安定を引き起こす可能性が大きくなる。 Normally, if the rate of diffusion combustion is reduced, the amount of NOx emissions can be reduced, but the possibility of causing combustion instability increases.
図3に本実施例のガスタービン燃焼器3が気体燃料210を燃焼させた場合での、高負荷条件の運転状態における、予混合燃焼/拡散燃焼比率(以下、予混合燃焼比率と呼ぶ)に対する排ガス中のNOx濃度の特性を示す。
FIG. 3 shows a premixed combustion / diffusion combustion ratio (hereinafter referred to as a premixed combustion ratio) in an operating state under a high load condition when the
ここで、図3のA点はNOxの規制条件値を示している。ガスタービン燃焼器3の予混合燃焼比率を徐々に増加させて運転を行うとNOx濃度の値が次第に低下し、予混合燃焼比率がB点まで増加させるとNOx規制条件を満たす値までNOx濃度の値が減少することを示している。
Here, the point A in FIG. 3 indicates the restriction condition value of NOx. When the operation is performed by gradually increasing the premixed combustion ratio of the
しかしながら予混合燃焼比率をB点を超えて更に高くしてC点にまで達すると、図3に斜線で示した失火/燃焼不安定条件の領域に到達してしまい、失火や燃焼不安定を引き起こす可能性が高くなる。 However, if the premixed combustion ratio is further increased beyond the B point and reaches the C point, the misfire / combustion unstable condition region indicated by the oblique lines in FIG. 3 is reached, causing misfire and combustion instability. The possibility increases.
そのため、NOxの濃度を規制値以下に低下させながら、失火や燃焼不安定を回避させてガスタービン燃焼器3を運転する場合には、図3の予混合燃焼比率がB、C点間の狭い運転範囲内でガスタービン燃焼器3を運転する必要がある。
Therefore, when the
一般に実際のガスタービンでは、季節の変化に対する大気条件の違いや使用する燃料の組成にばらつきがあるため、それらの条件によってNOx濃度の特性や燃焼安定性が変化する。 In general, in an actual gas turbine, there are variations in atmospheric conditions with respect to seasonal changes and in the composition of the fuel used, so the characteristics of NOx concentration and combustion stability change depending on those conditions.
したがって、NOx濃度の排出規制値を満足しながら失火や燃焼不安定を回避できる予混合燃焼比率の運転範囲が大きいほどガスタービン燃焼器3の運用性に対する信頼性が高くなる。
Therefore, the reliability with respect to the operability of the
そこで、上記点を鑑みた対策を講じた図1、図2及び図8に示した本実施例のガスタービン燃焼器3の構成について説明する。
Therefore, the configuration of the
本実施例のガスタービン燃焼器3では、気体燃料210をガスタービン燃焼器3で燃焼させる気体燃料210の燃焼時において、ガスタービン燃焼器3に備えた拡散燃焼バーナ10に設置した液体燃料ノズル12に、気体燃料210を噴射する気体燃料供給系統220の一部を接続させ、この気体燃料供給系統220の途中に気体燃料210の流量を調節する流量調節弁207、及び流量を遮断する燃料遮断弁208と、この流量調節弁207の開度を制御する制御装置50を設置し、更に気体燃料供給系統210に液体燃料120が逆流することを防止する逆止弁209を設置した構成を採用している。
In the
上記構成を備えたガスタービン燃焼器3では、気体燃料210を燃焼させる高負荷運転時の燃焼安定性が損なわれる可能性のある高い予混合燃焼比率において、拡散燃焼バーナ10に設置した液体燃料ノズル12に前記気体燃料供給系統220を通じて気体燃料210を供給し、制御装置50により流量調節弁207の開度を調節して所望の流量の気体燃料210をこの液体燃料ノズル12から前記拡散燃焼バーナ10に噴射して燃焼させることによって、前記拡散燃焼バーナ10の下流の混合室内に安定した火炎を形成させることが可能となる。
In the
この場合のガスタービン燃焼器3に設けた前記拡散燃焼バーナ10における燃焼状態を図2を用いて詳細に説明すると、拡散燃焼バーナ10の混合室を形成する中空円錐形状部10aの壁面に設けた複数の空気孔15から供給された燃焼用空気と、この拡散燃焼バーナ10の軸中心に設置した液体燃料ノズル12の外周に設けた気体燃料ノズル14から噴射される気体燃料210とが、前記拡散燃焼バーナ10の下流側の混合室で混合して燃焼し、火炎400を形成する。
The combustion state in the
通常、予混合燃焼比率が高くなると、気体燃料ノズル14から噴射される気体燃料210が減少するため、前記火炎400の形成が不安定となる。
Normally, when the premixed combustion ratio increases, the
そこで本実施例のガスタービン燃焼器3では、前記拡散燃焼バーナ10に設置した液体燃料ノズル12に気体燃料供給系統220を通じて所望の流量の気体燃料210を供給してこの液体燃料ノズル12から前記拡散燃焼バーナ10の下流側の混合室に噴射させて燃焼させることにより小火炎402を形成させている。
Therefore, in the
即ち、火炎400の形成が不安定となる予混合燃焼比率の高い条件で、液体燃料ノズル12の下流側の混合室内の火炎400の上流位置に、液体燃料ノズル12から供給した気体燃料210を燃焼させて小火炎402を形成するものである。
That is, the
この小火炎402を混合室内で火炎400の上流に形成させることによって、液体燃料ノズル12の下流側の混合室内における火炎400の形成の安定性を増すことが可能となる。この結果、NOxの排出規制値を満足すると共に、失火や燃焼不安定を回避した予混合燃焼比率の運転範囲が大きな信頼性の高いデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器が実現できる。
By forming this
図3に本実施例のガスタービン燃焼器3で気体燃料210を燃焼させた場合の高負荷運転時の高い予混合燃焼比率での運転状態に対するNOxの特性と、拡散燃焼バーナ10の液体燃料ノズル12から噴射させる気体燃料210の流量の特性を示す。
FIG. 3 shows the characteristics of NOx with respect to the operation state at a high premixed combustion ratio at the time of high load operation when the
図中の特性カーブ(1)は液体燃料ノズル12の下流側の混合室内に小火炎402が形成されないときのNOx特性を、特性カーブ(2)は前記混合室内に小火炎402が形成されたときのNOx特性を示す。
The characteristic curve (1) in the figure is the NOx characteristic when the
ここで、特性カーブ(2)のNOx特性は、小火炎402から生成されるサーマルNOxの影響によって、特性カーブ(1)の特性に比べてNOx排出量は高くなるものの、高い予混合燃焼比率でのガスタービン燃焼器3の運転が可能となる。
Here, the NOx characteristic of the characteristic curve (2) has a high premixed combustion ratio although the NOx emission amount is higher than the characteristic curve (1) due to the influence of thermal NOx generated from the
即ち、本実施例のガスタービン燃焼器3による気体燃料210を燃焼させた場合における高負荷運転時の高い予混合燃焼比率での運転では、予混合燃焼比率がB点からC点までは、小火炎402が形成されない程度の流量の気体燃料210を液体燃料ノズル12から下流側の混合室内に噴射して燃焼させ、C点よりも予混合燃焼比率が高くなるD点までの運転範囲では、小火炎402が形成できる流量まで液体燃料ノズル12を通じて噴射する気体燃料210の流量を増加させて前記混合室内で燃焼させる。
That is, in the operation at a high premixed combustion ratio at the time of high load operation when the
上記した制御を行うことによって、気体燃料210を燃焼させた時のガスタービン負荷を高負荷条件で運転する場合に、予混合燃焼比率がB−C点間の運転範囲では特性カーブ(1)のNOx特性を持たせ、予混合燃焼比率がC−D点間の運転範囲では特性カーブ(2)のNOx特性を持たせてガスタービン燃焼器3を運転することが可能となり、NOx排出量を規制値以下に低減させながら、燃料が燃焼する火炎を安定に形成できるようにガスタービン燃焼器での予混合燃焼比率の範囲を拡大させて、失火や燃焼不安定を回避したガスタービン燃焼器3が実現できる。
By performing the above-described control, when the gas turbine load when the
図4には、上記した本実施例のガスタービン燃焼器3において、気体燃料210を燃焼させた場合のガスタービン燃焼器3の運転を実現する燃料供給系統の制御の概要を示す制御ブロック図である。
FIG. 4 is a control block diagram showing an outline of control of a fuel supply system for realizing the operation of the
図4の制御ブロック図において、気体燃料供給系統220に設けた流量制御弁203、205、207の開度は制御装置50によって動作するように構成されている。
In the control block diagram of FIG. 4, the opening degree of the flow
制御装置50は、図示していない各計測器で計測したNOx排出量801、液体燃料ノズル12の先端部温度802、及び燃焼振動803の各計測値の入力に基づいて前記各燃料制御弁の開度を演算し、指令信号をこの制御装置50から各燃料制御弁に出力してガスタービン燃焼器3に供給する気体燃料210の流量を調節する。
The
例えば、ガスタービン燃焼器3の高負荷運転時の高い予混合燃焼比率が図3のC点に示したような運転状態となり燃焼不安定(燃焼振動増大)が発生した場合、又は燃焼不安定が発生する可能性が大となった場合には、前記各計測器の計測値に基づいて制御装置50で演算した指令信号を気体燃料供給系統220の流量制御弁207に出力し、この流量制御弁207の開度を大きくなるように操作して拡散燃焼バーナ10の液体燃料ノズル12に燃料供給系統220を通じて供給する気体燃料210の流量を増やして、液体燃料ノズル12から混合室に噴出する気体燃料噴射量Fnを増加させ、小火炎402を形成させる。
For example, when a high premixed combustion ratio during high load operation of the
前記制御装置50では、同時にこの気体燃料噴射量Fnの増加分に見合った液体燃料120の燃料量を演算して前記拡散燃焼バーナ10の気体燃料ノズル14から供給する気体燃料Fpの流量が減少するように気体燃料供給系統220の流量制御弁203の開度が小さくなるように操作して前記気体燃料ノズル14から混合室に噴出する気体燃料噴射量Fpを減少させ、液体燃料ノズル12の下流側の混合室内に形成される火炎400の大きさを調節する。
At the same time, the
この結果、液体燃料ノズル12の先端部温度Tnは液体燃料ノズル12から噴出する気体燃料噴射量Fnを増加して混合室に小火炎402を形成したときの温度Tf以上(Tn>Tf)となるようにして、ガスタービン燃焼器3を運転することができる。
As a result, the tip temperature Tn of the
上記のようにガスタービン燃焼器3を運転することによって気体燃料210を燃焼させた場合でも失火/燃焼不安定を回避した安定燃焼を確保して、且つ、低NOxの燃焼が可能となり、図3の予混合燃焼比率がB−C−D点間に至る広い運転範囲でのガスタービン燃焼器3の運転がを実現できる。
Even when the
また、NOx排出量、液体燃料ノズル12の先端部温度、燃焼振動の各検出値は前述したように各計測器による計測値を制御装置50にフィードバック制御することによって、気体燃料210及び液体燃料110の各燃料供給量はガスタービン燃焼器3の運転状態量の変化に応じて調節できるように構成されている。
Further, as described above, the detected values of the NOx emission amount, the tip temperature of the
上記したように本実施例によれば、気体燃料を燃焼するガスタービン燃焼器の運転時に大気条件の変動や燃料の組成の変化が生じた場合でも、所望の低NOx濃度を達成すると共に、燃焼安定性も確保できる液体燃料と気体燃料のデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法が実現できる。 As described above, according to the present embodiment, a desired low NOx concentration can be achieved and combustion can be achieved even when atmospheric conditions fluctuate or fuel composition changes during operation of a gas turbine combustor that burns gaseous fuel. It is possible to realize a gas turbine combustor corresponding to a dual fuel of a liquid fuel and a gas fuel and a method for operating the gas turbine combustor that can ensure stability.
次に本発明の他の実施例である液体燃料と気体燃料との双方を燃焼できるデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントについて図5及び図6を参照して説明する。 Next, a gas turbine plant including a dual-fuel compatible gas turbine combustor capable of burning both liquid fuel and gaseous fuel according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図5及び図6に示した本実施例のデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器3を備えたガスタービンプラントは、図1乃至図4に示した先の実施例と基本構成は共通しているので、両者に共通した構成に説明は省略し、相違する構成について以下に説明する。
The gas turbine plant provided with the dual-fuel compatible
図5及び図6に示すように本実施例のガスタービン燃焼器3においては、気体燃料ノズル14に接続されている気体燃料供給系統220の遮断弁204の下流位置で気体燃料供給系統220を2系統に分岐しており、分岐した一方側の気体燃料供給系統220は液体燃料ノズル12に接続し、分岐した他方側の気体燃料供給系統220は気体燃料ノズル14に接続している。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the
液体燃料ノズル12に接続された前記一方の気体燃料供給系統220の途中には、気体燃料の流量、具体的には気体燃料210の供給圧力に応じて前記液体燃料ノズル12に供給される気体燃料210の流量が変化する加圧弁500を設置し、この加圧弁500の下流側に前記一方側の気体燃料供給系統220への液体燃料110の逆流を防止する逆止弁209を設置した構成である。
In the middle of the one gaseous
図6は加圧弁500の詳細構造図を示すものである。図6(a)は気体燃料210の供給圧力が高い大流量時の加圧弁500の動作状態を、図6(b)は気体燃料210の供給圧力が低い小流量時の加圧弁500の動作状態をそれぞれ示している。
FIG. 6 is a detailed structural diagram of the pressurizing
加圧弁500は加圧弁ボディ501と、この加圧弁ボディ501内に収容され、該加圧弁ボディ501内の気体燃料210の圧力を受けて移動する受圧ブロック502と、加圧弁ボディ501内に収容され、受圧ブロック502を支持するスプリング505と、同じく加圧弁ボディ501内に収容され、受圧ブロック502と当接してその移動を阻止するストッパ部材506とによって構成されている。
The pressurizing
前記受圧ブロック502には、中央に気体燃料210の第1の通路503が形成され、この第1の通路503の周囲でストッパ部材506に面する位置に複数の第2の通路504が形成されている。
The
次に前記加圧弁500の動作状態を説明すると、本実施例のガスタービン燃焼器3で気体燃料210を燃焼させる運転を行う場合に予混合燃焼比率の低い運転条件(拡散燃焼バーナ10に供給される気体燃料が多い条件)では、気体燃料供給系統220を通じて加圧弁ボディ501内に供給された気体燃料210の圧力によって受圧ブロック502が受ける圧力が高くなってストッパ部材506に当接するまで受圧ブロック502が移動するため、この受圧ブロック502を支持するスプリング505の縮み量が大きくなる。
Next, the operating state of the pressurizing
よって、受圧ブロック502の第2の通路504はこの受圧ブロック502とストッパ部材506との当接によって通路が閉塞されるので、第1の通路503からのみ気体燃料210が加圧弁500を介して液体燃料ノズル12に供給されることになり、液体燃料ノズル12に供給される気体燃料210の流量は少なくなる。
Therefore, since the passage of the
これに対して、本実施例のガスタービン燃焼器3における気体燃料210を燃焼させる運転を行う場合に予混合燃焼比率の高い運転条件(拡散燃焼バーナ10に供給される気体燃料が少ない条件)では、気体燃料供給系統220を通じて加圧弁ボディ501内に供給された気体燃料210の圧力によって受圧ブロック502が受ける圧力が小さくなるため、この受圧ブロック502を支持するスプリング505の縮み量も小さくなり、受圧ブロック502の第1通路503及び第2通路504の何れからも気体燃料210が加圧弁500を介して液体燃料ノズル12に供給されるので、液体燃料ノズル12に供給される気体燃料210の流量は多くなる。
On the other hand, when the operation for burning the
従って、図1乃至図4に示した先の実施例のガスタービン燃焼器3と同様の燃料流量の制御が可能となり、先の実施例のガスタービン燃焼器3に比べて気体燃料供給系統の系統数を削減でき、低コストで同様の効果を得ることが可能となる。
Accordingly, it is possible to control the fuel flow rate similar to that of the
本実施例によれば、気体燃料を燃焼するガスタービン燃焼器の運転時に大気条件の変動や燃料の組成の変化が生じた場合でも、所望の低NOx濃度を達成すると共に、燃焼安定性も確保できる液体燃料と気体燃料のデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法が実現できる。 According to this embodiment, even when atmospheric conditions fluctuate or fuel composition changes during operation of a gas turbine combustor that burns gaseous fuel, the desired low NOx concentration is achieved and combustion stability is ensured. It is possible to realize a gas turbine combustor that can handle dual fuels of liquid fuel and gas fuel and a method for operating the gas turbine combustor.
次に本発明の他の実施例である液体燃料と気体燃料との双方を燃焼できるデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントについて図7を参照して説明する。 Next, a gas turbine plant equipped with a dual-fuel compatible gas turbine combustor capable of burning both liquid fuel and gaseous fuel according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図7に示した本実施例のデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器3を備えたガスタービンプラントは、図1乃至図4に示した先の実施例と基本構成は共通しているので、両者に共通した構成に説明は省略し、相違する構成について以下に説明する。
The gas turbine plant provided with the dual-fuel compatible
図7に示したように、本実施例のガスタービン燃焼器3に備えた拡散燃焼バーナ10には、先の実施例の液体燃料ノズル12に替えて圧力噴霧式のデュアルオリフィス型の液体燃料ノズル50を設置している。
As shown in FIG. 7, in the
圧力噴霧式の液体燃料ノズル50とは、液体燃料の供給圧力を高めて液体燃料の噴出速度を高くし微粒化する液体燃料ノズル50のことであり、液体燃料110を微粒化するための燃料以外の媒体、例えば、空気などが不要となるため、媒体源や制御系統の削減による低コスト化が可能となる。
The pressure spray type
但し圧力噴霧式の液体燃料ノズル50は、燃料供給圧力の低い着火や低負荷時に微粒化が損なわれる課題がある。そこでこの課題を解決する手段として、本実施例のガスタービン燃焼器3に備えたの圧力噴霧式の液体燃料ノズル50では、着火時などの低流量条件では微粒化性能を向上するためのパイロット噴孔53を軸心に形成し、高負荷条件などの大流量条件では供給圧力を過上昇させずに燃料を噴出することができるメイン噴孔54を前記パイロット噴孔53の外周側に形成した2つの燃料噴孔を有する構造を採用したものであり、一般にデュアルオリスフィス型燃料ノズルと呼ばれている。
However, the pressure spray type
本実施例の燃料ノズル50の内部には、大流量の燃料を流下して該メイン噴孔54から噴出させる流路となるメイン流路52と、小流量の燃料を流下して該パイロット噴孔53から噴出させるパイロット燃料流路51とが配設されている。
Inside the
更に前記燃料ノズル50のメイン流路52の上流側には加圧弁55が設置されており、この加圧弁55の上流側でパイロット燃料流路51とメイン流路52とが集合して接続されている。
Further, a pressurization valve 55 is installed on the upstream side of the
次に前記加圧弁55の動作について説明すると、加圧弁55には所定の圧力(クラック圧力と呼ぶ)が設定されており、クラック圧力以上の圧力が順方向に加わると弁が開き始めて燃料が流れる。 Next, the operation of the pressurizing valve 55 will be described. A predetermined pressure (referred to as crack pressure) is set in the pressurizing valve 55, and when a pressure higher than the crack pressure is applied in the forward direction, the valve starts to open and fuel flows. .
さらに、この加圧弁55は逆止弁としての働きも兼ねており、逆圧がかかった場合には、加圧弁55は閉止されて燃料の逆流を防止できる構造となっている。 Further, the pressurization valve 55 also functions as a check valve. When a reverse pressure is applied, the pressurization valve 55 is closed to prevent fuel backflow.
上記した構成によって、ガスタービン燃焼器3が着火時のような気体燃料210の流量の少ない状態では、メイン流路52に設置された加圧弁55にはクラック圧力以上の燃料圧力が付加されないため、加圧弁55に供給された燃料はメイン流路52には流れずにパイロット流路51にのみ供給されることになる。
With the above-described configuration, in a state where the flow rate of the
その後、ガスタービンが昇速し、負荷が上昇するに伴い気体燃料210の流量が増加することで、加圧弁55に付加される気体燃料210の圧力が上昇し、加圧弁55にクラック圧力以上の圧力が作用して加圧弁55が開き、パイロット流路51に加えメイン流路52にも燃料が供給されることとなる。
Thereafter, the gas turbine speeds up and the flow rate of the
また、圧力噴霧式の液体燃料ノズル50に配設したパイロット流路51及びメイン流路52には、ガスタービン停止時や、液体燃料110から気体燃料210に切り替えて燃料を供給した直後に液体燃料ノズル50の内部に滞留する液体燃料110を燃焼器内部に排出するために、パージ空気を供給するパージ空気圧縮機600と、逆止弁601及び制御弁603を備えたパイロットパージ空気系統605がパイロット流路51に接続されており、逆止弁602及び制御弁604を備えたメインパージ空気系統606がメイン流路52に接続されている。
Further, the
上記のように構成された本実施例のガスタービン燃焼器3では、パイロットパージ空気系統605の途中と、メインパージ空気系統606の途中に前記加圧弁700で分配された気体燃料供給系統221、222が接続するように構成されている。
In the
この加圧弁700の基本構成は、図6に示した先の実施例の加圧弁500の基本構成と同様であり、本実施例の加圧弁700ではパイロットパージ空気系統605に加圧弁700の第1の流路221が接続され、メインパージ空気系統606に加圧弁700の第2の流路222が接続している。
The basic configuration of the
このように構成することにより、予混合燃焼比率の低い運転条件(拡散燃焼バーナの気体燃料が多い条件)では、加圧弁700を構成する加圧弁ボディ701内に供給した大流量の気体燃料210の圧力によって該加圧弁ボディ701内に設置した受圧ブロック702が受ける圧力が高くなるため、受圧ブロック702を支持するスプリング705が縮んで受圧ブロック702に形成した第1の通路703を通じて前記気体燃料210を気体燃料供給系統221に流下させ、パイロット燃料流路51を通じて燃料ノズル50のパイロット噴孔53からのみこの気体燃料210を噴射させる。
With this configuration, under an operating condition with a low premixed combustion ratio (a condition in which the gaseous fuel of the diffusion combustion burner is large), the large flow rate of the
一方、気体燃料210を燃焼させてガスタービン燃焼器3を運転する予混合燃焼比率の高い運転条件では、加圧弁700を構成する加圧弁ボディ701内に供給した小流量の気体燃料210の圧力によって該加圧弁ボディ701内に設置した受圧ブロック702が受ける圧力が小さくなるため、受圧ブロック702を支持するスプリング704の縮み量が小さく、よって受圧ブロック702に形成した第1の通路703を通じて前記気体燃料210を気体燃料供給系統221に流下させ、パイロット燃料流路51を通じて燃料ノズル50のパイロット噴孔53からのみこの気体燃料210を噴射させる。
On the other hand, under an operating condition with a high premixed combustion ratio in which the
更にこれに加えて、加圧弁ボディ701内に設置した受圧ブロック702の第1の通路703を通過した気体燃料210を該加圧弁ボディ701に接続した第2の通路となる気体燃料供給系統222を通じて気体燃料210を流下させ、メイン流路52を通じて燃料ノズル50のメイン噴孔54からこの気体燃料210を噴射させる。
In addition to this, the
即ち、燃料ノズル50のパイロット噴孔53及びメイン噴孔54の両方から気体燃料210を供給して噴射することができる。
That is, the
本実施例によれば、気体燃料を燃焼するガスタービン燃焼器の運転時に大気条件の変動や燃料の組成の変化が生じた場合でも、所望の低NOx濃度を達成すると共に、燃焼安定性も確保できる液体燃料と気体燃料のデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法が実現できる。 According to this embodiment, even when atmospheric conditions fluctuate or fuel composition changes during operation of a gas turbine combustor that burns gaseous fuel, the desired low NOx concentration is achieved and combustion stability is ensured. It is possible to realize a gas turbine combustor that can handle dual fuels of liquid fuel and gas fuel and a method for operating the gas turbine combustor.
本発明は、液体燃料と気体燃料との双方を燃焼できる液体燃料と気体燃料とのデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器およびガスタービン燃焼器の運転方法に適用可能である。 The present invention can be applied to a dual-fuel compatible gas turbine combustor capable of burning both liquid fuel and gaseous fuel and a method for operating the gas turbine combustor.
1:圧縮機、2:タービン、3:ガスタービン燃焼器、5:外筒、7:内筒、8:トランジションピース、9:点火栓、10:拡散燃焼バーナ、11:予混合燃焼バーナ、12:液体燃料ノズル、50:制御装置、100:液体燃料タンク、103、105:流量制御弁、110:液体燃料、120:液体燃料供給系統、200:気体燃料タンク、203、205、207:流量制御弁、210:気体燃料、220:気体燃料供給系統、300:燃焼空気、400:拡散火炎、402:小火炎、403:燃焼ガス、500、700:加圧弁、800:制御装置。 1: compressor, 2: turbine, 3: gas turbine combustor, 5: outer cylinder, 7: inner cylinder, 8: transition piece, 9: spark plug, 10: diffusion combustion burner, 11: premixed combustion burner, 12 : Liquid fuel nozzle, 50: Control device, 100: Liquid fuel tank, 103, 105: Flow control valve, 110: Liquid fuel, 120: Liquid fuel supply system, 200: Gaseous fuel tank, 203, 205, 207: Flow control Valve: 210: Gaseous fuel, 220: Gaseous fuel supply system, 300: Combustion air, 400: Diffusion flame, 402: Small flame, 403: Combustion gas, 500, 700: Pressurization valve, 800: Control device.
Claims (7)
前記拡散燃焼バーナに液体燃料を噴射する液体燃料ノズルと気体燃料を噴射する気体燃料ノズルを設け、前記予混合燃焼バーナに液体燃料を噴射する別の液体燃料ノズルと気体燃料を噴射する気体燃料噴孔を設け、
前記拡散燃焼バーナに備えた液体燃料ノズルに前記気体燃料供給系統の一部を接続させてこの液体燃料ノズルから気体燃料を噴射するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。 A gas turbine combustor in which a liquid fuel supply system for supplying liquid fuel and a gaseous fuel supply system for supplying gaseous fuel are disposed so that both the liquid fuel and the gaseous fuel can be combusted. A diffusion combustion burner that is located in the axial center of the gas turbine combustor and diffuses and burns fuel; and a plurality of premixed combustion burners that are located on the outer peripheral side of the diffusion combustion burner and premix and burn the fuel;
A liquid fuel nozzle for injecting liquid fuel to the diffusion combustion burner and a gas fuel nozzle for injecting gaseous fuel are provided, and another liquid fuel nozzle for injecting liquid fuel to the premixed combustion burner and a gas fuel injection for injecting gaseous fuel Make a hole,
A gas turbine combustor configured to connect a part of the gaseous fuel supply system to a liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner and to inject gaseous fuel from the liquid fuel nozzle.
前記拡散燃焼バーナに備えた液体燃料ノズルに気体燃料を供給する前記気体燃料供給系統に、気体燃料の流量を制御する流量制御弁と、液体燃料供給系統からこの気体燃料供給系統に液体燃料が逆流するのを防止する逆止弁とを設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
The gas fuel supply system that supplies the gas fuel to the liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner has a flow rate control valve that controls the flow rate of the gas fuel, and the liquid fuel flows backward from the liquid fuel supply system to the gas fuel supply system. A gas turbine combustor comprising a check valve for preventing the check.
前記拡散燃焼バーナに備えた液体燃料ノズルに気体燃料を供給する気体燃料供給系統は、前記拡散燃焼バーナに備えた気体燃料ノズルの気体燃料供給系統から分岐して接続されており、この液体燃料ノズルに気体燃料を供給する気体燃料系統には気体燃料の流量を調節する流量制御弁を設けると共に該流量制御弁の下流側に気体燃料の供給圧力に応じて前記液体燃料ノズルから噴射する気体燃料の流量を制御する加圧弁を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
The gaseous fuel supply system for supplying gaseous fuel to the liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner is branched and connected from the gaseous fuel supply system of the gaseous fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner. The gas fuel system for supplying the gas fuel to the gas fuel system is provided with a flow rate control valve for adjusting the flow rate of the gas fuel, and on the downstream side of the flow rate control valve, the gas fuel injected from the liquid fuel nozzle according to the supply pressure of the gas fuel A gas turbine combustor comprising a pressurizing valve for controlling a flow rate.
前記拡散燃焼バーナに備えた前記液体燃料ノズルは、大流量の燃料を噴射するメイン噴孔と、小流量の燃料を噴射するパイロット噴孔とを有するデュアルオリフィス型の液体燃料ノズルであって、前記メイン噴孔及びパイロット噴孔に液体燃料を供給する液体燃料供給系統に気体燃料を供給する前記気体燃料供給系統をそれぞれ接続するように配設し、このデュアルオリフィス型の液体燃料ノズルに接続された前記液体燃料供給系統に前記気体燃料供給系統を通じて供給される気体燃料の供給圧力に応じて前記メイン噴孔から噴射する気体燃料の流量を制御する加圧弁を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
The liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner is a dual orifice type liquid fuel nozzle having a main injection hole for injecting a large flow of fuel and a pilot injection hole for injecting a low flow of fuel, The gas fuel supply system for supplying the gaseous fuel to the liquid fuel supply system for supplying the liquid fuel to the main nozzle hole and the pilot nozzle hole is respectively connected to the liquid fuel supply system of the dual orifice type. Gas turbine combustion characterized in that the liquid fuel supply system is provided with a pressurizing valve that controls the flow rate of the gaseous fuel injected from the main injection hole in accordance with the supply pressure of the gaseous fuel supplied through the gaseous fuel supply system. vessel.
前記ガスタービン燃焼器の運転状態量であるガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガス中のNOx濃度と、拡散燃焼バーナの液体燃料ノズルの先端部温度を検出する計測器をそれぞれ設置し、これらの計測器で検出した前記NOx濃度及び液体燃料ノズルの先端部温度に基づいて前記拡散燃焼バーナに備えた液体燃料ノズルに気体燃料を供給する前記気体燃料供給系統に設置した気体燃料の流量を調節する流量制御弁の開度を制御する制御装置を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
A measuring instrument for detecting the NOx concentration in the combustion gas generated in the gas turbine combustor, which is the operating state quantity of the gas turbine combustor, and the tip temperature of the liquid fuel nozzle of the diffusion combustion burner is installed, and these measurements are made. A flow rate for adjusting the flow rate of the gaseous fuel installed in the gaseous fuel supply system for supplying gaseous fuel to the liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner based on the NOx concentration detected by the vessel and the tip temperature of the liquid fuel nozzle A gas turbine combustor comprising a control device for controlling an opening degree of a control valve.
気体燃料をこのガスタービン燃焼器で燃焼させている場合でガスタービンの負荷が高負荷に増加した際に、前記拡散燃焼バーナに備えた液体燃料ノズルに気体燃料供給系統から気体燃料を供給して前記液体燃料ノズルから気体燃料を噴射して燃焼させ、この液体燃料ノズルから噴射する気体燃料の流量をガスタービンの運転状態量に応じて制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。 A liquid fuel supply system that supplies liquid fuel and a gaseous fuel supply system that supplies gaseous fuel so that both liquid fuel and gaseous fuel can be combusted are positioned at the axial center of the gas turbine combustor. A diffusion combustion burner that diffuses and burns the fuel, and a plurality of premixed combustion burners that are located on the outer peripheral side of the diffusion combustion burner and premix and burn the fuel, and inject the liquid fuel into the diffusion combustion burner Operation of a gas turbine combustor provided with a liquid fuel nozzle and a gaseous fuel nozzle for injecting gaseous fuel, and provided with another liquid fuel nozzle for injecting liquid fuel into the premixed combustion burner and a gaseous fuel injection hole for injecting gaseous fuel In the method
When gaseous fuel is burned by this gas turbine combustor, when the load of the gas turbine increases to a high load, the gaseous fuel is supplied from the gaseous fuel supply system to the liquid fuel nozzle provided in the diffusion combustion burner. A method for operating a gas turbine combustor, characterized in that gaseous fuel is injected from the liquid fuel nozzle and burned, and the flow rate of the gaseous fuel injected from the liquid fuel nozzle is controlled in accordance with the operating state quantity of the gas turbine.
前記ガスタービン燃焼器の運転状態量であるガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガス中のNOx濃度と、拡散燃焼バーナの液体燃料ノズルの先端部温度を検出し、検出した前記NOx濃度及び液体燃料ノズルの先端部温度に基づいて前記気体燃料供給系統から液体燃料ノズルに供給する気体燃料の流量を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。 The method of operating a gas turbine combustor according to claim 6,
The NOx concentration in the combustion gas generated in the gas turbine combustor, which is the operating state quantity of the gas turbine combustor, and the tip temperature of the liquid fuel nozzle of the diffusion combustion burner are detected, and the detected NOx concentration and liquid fuel nozzle are detected. A gas turbine combustor operating method, comprising: controlling a flow rate of gaseous fuel supplied to the liquid fuel nozzle from the gaseous fuel supply system based on a tip temperature of the gas turbine.
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