JP2015222063A - 燃焼器交換方法及びガスタービンプラント - Google Patents

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Abstract

【課題】既存の設備を利用して効率よく燃焼器を交換することができること。【解決手段】複数の燃料供給系統のいずれかと接続され、接続された燃料供給系統から燃料が供給される複数のノズル系統を有する第１燃焼器を、燃料供給系統から分離し、ガスタービンプラントから取り外すステップＳ１４と、第１燃焼器よりもノズル系統が少ない第２燃焼器をガスタービンプラントに取り付けるステップＳ１８と、第２燃焼器の同じノズル系統に接続される燃料供給系統を連結管で連通させ、燃料供給系統と第２燃焼器とを連結するステップ（Ｓ２０またはＳ２４）と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、圧縮空気と燃料とが内部で燃焼して燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器を交換する燃焼器交換方法及びガスタービンプラントに関するものである。
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。
燃焼器は、複数の経路で燃料が供給される。例えば、特許文献１には、パイロット燃焼バーナの周囲を囲むように複数のメイン燃焼バーナが配置されており、パイロット燃焼バーナに燃料を供給する燃料供給系統と、複数のメイン燃焼バーナに燃料を供給する燃料供給系統とでそれぞれ供給するガスタービンプラントが記載されている。また、特許文献１には、複数のメイン燃焼バーナに燃料を供給する燃料供給系統を複数備えている。また、ガスタービンには、メインノズル、パイロットノズルとは別に、トップハットノズルから燃料を供給するものがある。トップハットノズルを備えるガスタービンは、トップハットノズルに燃料を供給する燃料系統を備えている。
特開平１１−１１７７６９号公報
ここで、ガスタービンプラントは、燃焼器を交換する場合がある。この場合、同じ燃料供給系統で稼動される燃焼器ではなく、異なる燃料供給系統で稼動される燃焼器に交換すると、燃料供給系統も交換することになり、作業が多くなり、コストも増大する。
本発明は、上述した課題を解決するものであり、既存の設備を利用して効率よく燃焼器を交換することができる燃焼器交換方法及びガスタービンプラントを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、燃焼器と、前記燃焼器に燃料を供給する複数の燃料供給系統と、を有するガスタービンプラントのガスタービンにおける燃焼器を交換する燃焼器交換方法であって、複数の燃料供給系統のいずれかと接続され、接続された燃料供給系統から燃料が供給される複数のノズル系統を有する第１燃焼器を、前記燃料供給系統から分離し、ガスタービンプラントから取り外すステップと、前記第１燃焼器よりもノズル系統が少ない第２燃焼器を前記ガスタービンプラントに取り付けるステップと、前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連結管で連通させ、前記燃料供給系統と前記第２燃焼器とを連結するステップと、を有することを特徴とする。
これにより、燃焼器に燃料を供給する系統を流用しつつ、ノズル系統が異なる燃焼器に交換することができる。また、複数の燃料供給系統を１つのノズル系統に接続することで、交換前後で供給可能な燃料の量を維持することができる。これにより、交換に必要な作業を低減し、コストも低減することができる。
また、前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を有し、前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することが好ましい。これにより、マニホールドを交換せずに、ノズル系統が異なる燃焼器に交換することができる。
また、前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を上流側連結管で連通させるステップをさらに有することが好ましい。これにより、連通されている燃料供給系統に燃料が流れる状態を維持することができ、交換後の燃焼器での燃焼をより安定させることができる。
また、前記上流側連結管は、前記マニホールドの取り合い点の近傍に配置されていることが好ましい。これにより、交換後の燃焼器での燃焼をより安定させることができる。また、上流側の既設配管を、長い状態で利用できる。つまり既設配管を極力再利用でき、交換する配管の長さを短くすることができる。
また、前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することが好ましい。これにより、燃料供給系統毎で燃料の供給の制御を行うことができる。また、上流側連結管よりも下流側で燃料供給系統毎にマニホールドを設ける設計変更を行った場合も上流連結管をそのままにすることができ、交換が簡単となり、制御設計の自由度をより高くすることができる。
また、前記燃料供給系統は、前記マニホールドの上流側に燃料の供給を調整する調整弁を有し、前記上流側連結管は、前記マニホールドと調整弁との間に配置されていることが好ましい。これにより、交換後の燃焼器での燃焼をより安定させることができる。
また、前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統のそれぞれのマニホールドを取り外すステップと、前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統に共通のマニホールドを設置するステップと、を有し、前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることが好ましい。これにより、簡単な作業で燃焼器を交換することができる。
上記の目的を達成するため、本発明のガスタービンプラントは、燃料が供給されるノズル系統を有する燃焼器と、前記燃焼器に前記燃料を供給する複数の燃料供給系統と、前記燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連通させ、前記燃料供給系統と前記燃焼器とを連結する連結管と、を有することを特徴とする。これにより、既存の設備を有効に活用することができる。
また、複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を独立して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を独立して制御することが好ましい。これにより、燃焼器での燃焼を適切に制御することができる。
また、複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を連動して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を連動して制御することが好ましい。これにより、燃焼器での燃焼を適切に制御することができる。
また、前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を前記ノズル系統毎に有し、前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することが好ましい。これにより、既存の設備を有効に活用することができる。
前記同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を連通する上流側連結管と、前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することが好ましい。これにより、燃料供給系統毎で燃料の供給の制御を行うことができる。また、上流側連結管よりも下流側で燃料供給系統毎にマニホールドを設ける設計変更を行った場合も上流連結管をそのままにすることができ、交換が簡単となり、制御設計の自由度をより高くすることができる。
また、前記燃料供給系統は、複数の前記ノズル系統に接続される１つのマニホールドを有し、前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることが好ましい。これにより、既存の設備を有効に活用することができる。
本発明によれば、既存の設備を利用して効率よく燃焼器を交換することができる。
図１は、第１実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。 図２は、図１に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。 図３は、燃焼器が交換される前のガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。 図４は、図３に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。 図５は、燃焼器交換方法の一例を説明するフローチャートである。 図６は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。 図７は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。 図８は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。 図９は、ガスタービンプラントの動作の一例を説明するための説明図である。 図１０は、第２実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。 図１１は、図１０に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。 図１２は、燃焼器交換方法の他の例を説明するフローチャートである。 図１３は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。 図１４は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。図２は、図１に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。本実施形態のガスタービンプラントを有する発電システム１は、図１に示すように、ガスタービンプラント２と、連結軸６と、発電機８と、を有する。連結軸６は、ガスタービンプラント２の回転部と発電機８とを連結する。発電機８は、連結軸６を介してガスタービンプラント２の回転が伝達されることで、回転され、発電する。
ガスタービンプラント２は、ガスタービン１０と、燃料供給装置２０と、を有する。ガスタービン１０は、圧縮機１１と複数の燃焼器１２とタービン１３とにより構成されている。燃焼器１２は、ガスタービン１０の回転方向に所定間隔で配置されている。
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口を有し、圧縮機車室内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）が配設されると共に、複数の静翼と動翼が前後方向に交互に配設されている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室内に複数の静翼と動翼が前後方向に交互に配設されている。また、ガスタービン１０は、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）が位置している。ロータは、圧縮機１１、タービン１３の動翼が固定されている。ガスタービン１０のロータには連結軸６を介して発電機８が連結されている。
ガスタービン１０は、圧縮機１１の空気取入口から取り込まれた空気が、入口案内翼、複数の静翼と動翼を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼と動翼を通過することでロータを駆動回転し、このロータに連結された連結軸６を介して発電機８を駆動する。また、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室の排気ディフューザにより圧力に変換され減速されてから大気に放出される。
図２は、図１に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。図２に示すように、燃焼器１２は、燃兼圧車室４１及びタービン車室４３の内部の周方向に所定間隔をあけて、燃焼器本体４０の燃焼器内筒４２が支持されている。
タービン車室４３で覆われた、車室４８には、上述した圧縮機１１からの圧縮空気Ａｉｎが圧縮機出口のディフューザ部５２、ストラット５４を介して流入する。そして、ストラット５４は、ディフューザ部５２の圧縮空気Ａｉｎを整流することができる。また、圧縮空気Ａｉｎは、車室４８から、多孔板で構成される整流板５０を介して、燃焼器内筒４２の空気流入口４０ａに取り込まれる。
燃焼器内筒４２の後端部には、燃焼器尾筒４７が連結されている。燃焼器内筒４２には、内部の中心に位置してパイロット燃焼バーナ４４が配置される。また、燃焼器内筒４２には、燃焼器内筒４２の内周面に周方向に沿ってパイロット燃焼バーナ４４を取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ４５が配置されている。つまり、パイロット燃焼バーナ４４は、燃焼器内筒４２の内部の中心に配置され、パイロット燃焼バーナ４４の周囲に複数のメイン燃焼バーナ４５が配置されている。また、燃焼器尾筒４７にはバイパス弁４９が連結されている。なお、バイパス弁４９は、省略される場合もある。
燃焼器１２は、メイン燃焼バーナ４５のノズルに燃料を供給するメインノズル系統１１２と、パイロット燃焼バーナ４４のノズルに燃料を供給するパイロットノズル系統１１４と、を有する。メインノズル系統１１２は、ノズルに燃料を供給する配管であり、燃料供給装置２０から供給される燃料をメイン燃焼バーナ４５に供給する。パイロットノズル系統１１４は、ノズルに燃料を供給する配管であり、燃料供給装置２０から供給される燃料をパイロット燃焼バーナ４４に供給する。メインノズル系統１１２は、燃焼器１２の複数のメイン燃焼バーナ４５に燃料を供給する。パイロットノズル系統１１４は、燃焼器１２の複数のパイロット燃焼バーナに燃料を供給する。
次に、燃焼器１２に燃料を供給する燃料供給装置２０について説明する。本実施形態のガスタービンプラントは、燃料として、ガス燃料を用いても、液体燃料を用いてもよい。
燃料供給装置２０は、燃料タンク６０と、燃料供給ライン６２と、第１メイン燃料系統６４と、第２メイン燃料系統６６と、パイロット燃料系統６８と、制御装置７０と、第１連結管１０２と、第２連結管１０４と、を有する。
燃料タンク６０は、燃料を貯留する貯留部であり、貯留している燃料を燃焼器１２に向けて送る。燃料供給ライン６２は、配管であり、燃料タンク６０から供給された燃料を第１メイン燃料系統６４と、第２メイン燃料系統６６と、パイロット燃料系統６８と、に供給する。つまり、燃料供給装置２０は、第１メイン燃料系統６４と、第２メイン燃料系統６６と、パイロット燃料系統６８と、に同じ燃料を供給する。
第１メイン燃料系統６４は、第１分岐管７２と、第１マニホールド７４と、複数の第１枝管７６と、第１圧力調整弁７７と、第１流量調整弁７８と、を有する。第１分岐管７２は、一方の端部が燃料供給ライン６２に接続され、他方の端部が第１マニホールド７４に接続されている。第１分岐管７２は、複数の配管が連結され１つの管路となっている。第１マニホールド７４は、圧縮機１１の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。第１枝管７６は、一方の端部が第１マニホールド７４に接続され、他方の端部が第１連結管１０２に接続されている。なお、複数の第１枝管７６は、燃焼器１２毎に設けられており、それぞれが、それぞれの燃焼器１２に対応した第１連結管１０２と接続されている。第１圧力調整弁７７は、第１分岐管７２に配置されている。第１圧力調整弁７７は、開度を調整することで、第１分岐管７２を流れる燃料の圧力を調整する。第１流量調整弁７８は、第１分岐管７２の第１圧力調整弁７７よりも下流側に配置されている。第１流量調整弁７８は、開度を調整することで、第１分岐管７２を流れる燃料の流量を調整する。
第２メイン燃料系統６６は、第２分岐管８２と、第２マニホールド８４と、複数の第２枝管８６と、第２圧力調整弁８７と、第２流量調整弁８８と、を有する。第２分岐管８２は、一方の端部が燃料供給ライン６２に接続され、他方の端部が第２マニホールド８４に接続されている。第２分岐管８２は、複数の配管が連結され１つの管路となっている。第２マニホールド８４は、圧縮機１１の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。第２枝管８６は、一方の端部が第２マニホールド８４に接続され、他方の端部が第１連結管１０２に接続されている。なお、複数の第２枝管８６は、燃焼器１２毎に設けられており、それぞれが、それぞれの燃焼器１２に対応した第１連結管１０２と接続されている。第２圧力調整弁８７は、第２分岐管８２に配置されている。第２圧力調整弁８７は、開度を調整することで、第２分岐管８２を流れる燃料の圧力を調整する。第２流量調整弁８８は、第２分岐管８２の第２圧力調整弁８７よりも下流側に配置されている。第２流量調整弁８８は、開度を調整することで、第２分岐管８２を流れる燃料の流量を調整する。
パイロット燃料系統６８は、パイロット分岐管９２と、パイロットマニホールド９４と、複数のパイロット枝管９６と、パイロット圧力調整弁９７と、パイロット流量調整弁９８と、を有する。パイロット分岐管９２は、一方の端部が燃料供給ライン６２に接続され、他方の端部がパイロットマニホールド９４に接続されている。パイロットマニホールド９４は、圧縮機１１の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。パイロット枝管９６は、一方の端部がパイロットマニホールド９４に接続され、他方の端部がパイロットノズル系統１１４に接続されている。なお、複数のパイロット枝管９６は、燃焼器１２毎に設けられており、それぞれが、それぞれの燃焼器１２に対応したパイロットノズル系統１１４と接続されている。パイロット圧力調整弁９７は、パイロット分岐管９２に配置されている。パイロット圧力調整弁９７は、開度を調整することで、パイロット分岐管９２を流れる燃料の圧力を調整する。パイロット流量調整弁９８は、パイロット分岐管９２のパイロット圧力調整弁９７よりも下流側に配置されている。パイロット流量調整弁９８は、開度を調整することで、パイロット分岐管９２を流れる燃料の流量を調整する。
第１連結管１０２は、燃焼器１２ごとに配置され、同じ燃焼器１２に対して配置された第１枝管７６と第２枝管８６とメインノズル系統１１２とに接続され、第１枝管７６と第２枝管８６及びメインノズル系統１１２とを連結する。第１連結管１０２は、一方の端部が２つに分岐した配管であり、分岐した側の端部が、第１枝管７６と第２枝管８６と連結し、他方の端部がメインノズル系統１１２と連結する。第１連結管１０２は、第１枝管７６と第２枝管８６とから供給される燃料をメインノズル系統１１２に供給する。
第２連結管１０４は、第１分岐管７２と第２分岐管８２とを連結する。具体的には、第２連結管１０４は、一方の端部が第１分岐管７２の第１流量調整弁７８と第１マニホールド７４との間に連結され、他方の端部が第２分岐管８２の第２流量調整弁８８と第２マニホールド８４との間に連結されている。第２連結管１０４は、第１分岐管７２と第２分岐管８２との間で燃料を流通可能とする。第２連結管１０４には、開閉弁１０４ａが配置されている。なお、本実施形態では、開閉弁１０４ａを設けたが開閉弁１０４ａは、なくてもよい。
燃料供給装置２０は、燃料タンク６０の燃料を第１メイン燃料系統６４と第２メイン燃料系統６６からメインノズル系統１１２に供給する。また、燃料供給装置２０は、燃料タンク６０の燃料をパイロット燃料系統６８からパイロットノズル系統１１４に供給する。
制御装置７０は、燃料供給ライン６２と、第１メイン燃料系統６４と、第２メイン燃料系統６６と、パイロット燃料系統６８とにより燃料タンク６０から燃焼器１２に供給する燃料を制御する。制御装置７０は、第１圧力調整弁７７、第１流量調整弁７８、第２圧力調整弁８７、第２流量調整弁８８、パイロット圧力調整弁９７、パイロット流量調整弁９８に接続され、弁開度を制御することで、流量を制御する。制御装置７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心とするマイクロプロセッサと、このＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、記憶手段となる記憶装置とを含む。
ここで、上述した発電システム１は、燃焼器１２が他の燃焼器２１２から交換されている。以下、図３及び図４を用いて、燃焼器が交換される前の発電システム２００について説明する。図３は、燃焼器が交換される前のガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。図４は、図３に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。図３及び図４に示す発電システム２００は、燃焼器及び燃料供給装置の一部が交換前である以外は、発電システム１と同じである。発電システム１と同じ部分、つまり交換を行っていない部分は同一の符号を付して説明を省略する。
図３及び図４に示す発電システム２００は、ガスタービンプラント２０２と連結軸６と発電器８とを有する。ガスタービンプラント２０２は、ガスタービン２１０と、燃料供給装置２２０と、を有する。ガスタービン２１０は、圧縮機１１と複数の燃焼器２１２とタービン１３とにより構成されている。燃焼器２１２は、ガスタービン２１０の回転方向に所定間隔で配置されている。
燃焼器２１２は、ガス燃料が供給される燃焼バーナとして、パイロット燃焼バーナ４４、メイン燃焼バーナ（第１メイン燃焼バーナ）４５、メイン燃焼バーナ（第２メイン燃焼バーナ）４６を有する。つまり、燃焼器２１２は、メイン燃焼バーナとして、２系統の燃焼バーナを有する。燃焼器２１２は、メイン燃焼バーナ（第１メイン燃焼バーナ）４５とメイン燃焼バーナ（第２メイン燃焼バーナ）４６とをそれぞれ複数備える。燃焼器２１２は、第１メイン燃焼バーナ４５のノズルに燃料を供給する第１メインノズル系統２２１と、第２メイン燃焼バーナ４６のノズルに燃料を供給する第２メインノズル系統２２２と、パイロット燃焼バーナ４４のノズルに燃料を供給するパイロットノズル系統２２４と、に接続される。
燃料供給装置２２０は、第１連結管１０２と第２連結管１０４を備えていない以外は、燃料供給装置２０と同様の構造である。燃料供給装置２２０は、第１メイン燃料系統６４の第１枝管７６が第１メインノズル系統２２１と連結し、第２メイン燃料系統６６の第２枝管８６が第２メインノズル系統２２２と連結し、パイロット燃料系統６８のパイロット枝管９６がパイロットノズル系統２２４と連結する。ガスタービンプラント２０２は、３系統の燃料供給系が、燃焼器の３系統のノズル系統のそれぞれに燃料を供給する。
次に、図１から図４に加え、図５から図８を用いて、図３及び図４に示す発電システム２００（ガスタービンプラント２０２）の燃焼器２１２を燃焼器１２に交換して、図１及び図２に示す発電システム１（ガスタービンプラント２）を製造する処理について説明する。図５は、燃焼器交換方法の一例を説明するフローチャートである。図６及び図８は、それぞれ燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。なお、以下では、本実施形態に特徴的なメイン燃料の供給系統について説明するが、パイロット燃料の供給系統も同様に着脱を行っている。
本実施形態の燃焼器交換方法は、まず、図４に示す第１メインノズル系統２２１と第１枝管７６、第２メインノズル系統２２２と第２枝管８６を分離する（ステップＳ１２）。つまり、それぞれの接続部分を切り離す。これにより、燃焼器２１２を燃料供給装置２２０から分離する。
次に、燃焼器２１２を取り外す（ステップＳ１４）。燃焼器２１２と圧縮機１１との接続部、燃焼器２１２とタービン１３との接続部も切り離し、燃焼器２１２をガスタービン２１０から切り離す。これにより、図６に示すように、図４に示す発電システム２００から燃焼器２１２が取り除かれた状態とする。
次に、図７に示すように、第１枝管７６と第２枝管８６を第１連結管１０２で連結する（ステップＳ１６）。これにより、第１メイン燃料系統６４と第２メイン燃料系統６６は、燃料の流れ方向の下流端部でつながった状態となる。次に、燃焼器２１２が設置されていた位置に新たな燃焼器１２を設置する（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ１６の処理とステップＳ１８の処理は、順番が逆でもよいし、並行してもよい。
次に、第１連結管１０２と燃焼器１２のメインノズル系統１１２を連結する（ステップＳ２０）。これにより、図８に示すように、燃料供給装置２０からガスタービン１２に燃料を供給できる状態となる。
また、圧縮機１１及びタービン１３と燃焼器１２を連結する（ステップＳ２２）。これにより、圧縮機１１から燃焼器１２に圧縮空気が供給され、燃焼器１２から燃焼ガスがタービン１３に供給できる状態となる。さらに、第２連結管１０４で第１分岐管７２と第２分岐管８２を連結する（ステップＳ２４、図２参照）。これによりマニホールドの上流側でも燃料の流通が可能となる。
第１実施形態に係る発電システム１（ガスタービンプラント２）及び燃焼器交換方法は、以上のように、第１連結管１０２で第１メイン燃料系統６４と第２メイン燃料系統６６の両方をメインノズル系統１１２と接続させることで、１つのメインノズル系統１１２に２つの燃料供給系統から燃料を供給することができる。ここで、燃焼器２１２はメインノズル系統を２つにわけ、燃焼器１２は、メインノズル系統を１つとしているが、同じガスタービンに設置されるため、燃焼する燃料の量は同様である。このため、２つの燃料系統から１つのノズル系統に燃料を供給できる状態とすることで、燃料供給装置から供給できる燃料の量の変動を抑制することができる。また、２つのメイン燃料系統の一部を流用することで交換にかかる作業や、費用を低減することができる。また、発電システム１は、第１連結管１０２で第１枝管７６と第２枝管８６とを連結することで、マニホールドをそのまま利用することができ、交換する部分を少なくすることができる。
発電システム１（ガスタービンプラント２）及び燃焼器交換方法は、第２連結管１０４でマニホールドよりも上流側を連結することで、一方の燃料系統のみを利用している場合に他方の燃料系統に空気がたまることを抑制することができる。これにより安定した燃焼を行うことができる。
第２連結管（上流側連結管）１０４は、本実施形態のようにマニホールドの取り合い点の近傍に配置されていることが好ましい。また、第２連結管１０４は、マニホールドと調整弁（流量調整弁、圧力調整弁）との間に配置されていることが好ましい。第２連結管１０４を上記の位置に設けることで、より安定した燃焼が可能となる。また、上流側の既設配管を、長い状態で利用できる。つまり既設配管を極力再利用でき、交換する配管の長さを短くすることができる。
燃料供給装置２０は、第２連結管１０４に開閉弁１０４ａを設けることで、燃料供給系統毎で燃料の供給の制御を行うことができる。つまり、燃料供給装置２０は、開閉弁１０４ａを開とし、第１メイン燃料系統６４と第２メイン燃料系統６６を第２連結管１０４で接続した状態での運転と、開閉弁１０４ａを閉とし、第１メイン燃料系統６４と第２メイン燃料系統６６とを第２連結管１０４の位置で切り離した状態での運転と、を行うことができる。これにより燃料を供給する系統に合わせて開閉を行うことができる。また、発電システム１の連結管１０４よりも下流側で燃料供給系統毎にマニホールドを設ける設計変更を行った場合でも、開閉弁１０４ａを閉とすることで燃料供給系統を分離することができる。これにより、連結管１０４は、そのままにすることができ、交換が簡単となり、制御設計の自由度をより高くすることができる。
次に、図９を用いて、制御装置７０による燃料供給動作の一例について説明する。図９は、ガスタービンプラントの動作の一例を説明するための説明図である。図９は、制御装置７０により、第１メイン燃料系統６４の第１圧力調整弁７７と、第２メイン燃料系統６６の第２圧力調整弁８７とを独立して制御し、第１メイン燃料系統６４の第１流量調整弁７８と、第２メイン燃料系統６６の第２流量調整弁８８とを独立して制御した場合の一例である。なお、図９は、流量を制御する場合として説明するが圧力も同様である。制御装置７０は、出力（要求発電量）が小さい場合、第２流量調整弁８８を閉状態とし、第１流量調整弁７８の開度のみを調整する。その後、第１流量調整弁７８の開度が全開となった状態でも出力が大きくなった場合、第２流量調整弁８８の開度を調整する。このように用いることで、各出力で調整する対象の弁を１つにすることができる。
図９では、第１メイン燃料系統６４の第１圧力調整弁７７と、第２メイン燃料系統６６の第２圧力調整弁８７とを独立して制御し、第１メイン燃料系統６４の第１流量調整弁７８と、第２メイン燃料系統６６の第２流量調整弁８８とを独立して制御した場合としたが、第１メイン燃料系統６４の第１圧力調整弁７７と、第２メイン燃料系統６６の第２圧力調整弁８７とを連動して制御し、第１メイン燃料系統６４の第１流量調整弁７８と、第２メイン燃料系統６６の第２流量調整弁８８とを連動して制御してもよい。これにより、２つの弁を１つの弁として制御でき、この場合でも調整を簡単にすることができる。また、弁を連動して制御する場合も、弁の開閉は独立して実行、つまり時間をずらして開閉することが好ましい。
ここで、発電システム２００（ガスタービンプラント２０２）から燃焼器を交換した発電システム（ガスタービンプラント）はこれに限定されない。つまり、複数の燃料供給系統から１つのノズル系統に燃料を供給する構造は、上記第１実施形態に限定されない。
［第２実施形態］
図１０は、第２実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。図１１は、図１０に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。
図１０及び図１１に示す発電システム１ａは、燃料供給装置２０ａの構造を除いて他の構造は、発電システム１と同様である。以下、発電システム１ａに特有の点を重点的に説明する。発電システム１ａのガスタービンプラント２ａの燃料供給装置２０ａは、第１メイン燃料系統６４ａと、第２メイン燃料系統６６ａと、パイロット燃料系統６８と、連結管１３０と、メイン配管１３２と、メインマニホールド１３４と、枝管１３６と、を有する。パイロット燃料系統６８は、燃料供給装置２０のパイロット燃料系統６８と同様の構造である。
第１メイン燃料系統６４ａは、第１分岐管７２ａと、第１圧力調整弁７７と第１流量調整弁７８とを有する。第１分岐管７２ａは、一方の端部が燃料供給ライン６２と連結し、他方の端部が連結管１３０と連結されている。第１圧力調整弁７７と第１流量調整弁７８とは、第１分岐管７２ａに上流からこの順で配置されている。
第２メイン燃料系統６６ａは、第２分岐管８２ａと、第２圧力調整弁８７と第２流量調整弁８８とを有する。第２分岐管８２ａは、一方の端部が燃料供給ライン６２と連結し、他方の端部が連結管１３０と連結されている。第２圧力調整弁８７と第２流量調整弁８８とは、第２分岐管８２ａに上流からこの順で配置されている。
連結管１３０は、第１分岐管７２ａと第２分岐管８２ａとメイン配管１３２とに接続され、第１分岐管７２ａ及び第２分岐管８２ａとメイン配管１３２とを連結する。連結管１３０は、一方の端部が２つに分岐した配管であり、分岐した側の端部が、第１分岐管７２ａと第２分岐管８２ａと連結し、他方の端部がメイン配管１３２と連結する。連結管１３０は、第１分岐管７２ａと第２分岐管８２ａとから供給される燃料をメイン配管１３２に供給する。
メイン配管１３２は、一方の端部が連結管１３０と連結され、他方の端部がメインマニホールド１３４と連結されている。メイン配管１３２は、連結管１３０から供給された燃料をメインマニホールド１３４に供給する。メインマニホールド１３４は、圧縮機１１の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。複数の枝管１３６は、メインマニホールド１３４に連結されている。枝管１３６は、燃焼器１２毎に配置され、メインマニホールド１３４の燃料をメインノズル系統１１２に供給する。
燃料供給装置２０ａは、第１メイン燃料系統６４ａと第２メイン燃料系統６６ａから供給される燃料を連結管１３０で合流させ、メイン配管１３２を通過させ、メインマニホールド１３４と複数の枝管１３６で燃焼器１２毎に分離し、それぞれの枝管１３６からそれぞれのメインノズル系統１１２に供給する。
次に、図４、図１２から図１４を用いて、発電システム２００の燃焼器１１２を交換し、発電システム１ａを作製する燃焼器交換方法を説明する。図１２は、燃焼器交換方法の他の例を説明するフローチャートである。図１３及び図１４は、それぞれ燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
まず、図４に示す第１分岐管７２と第１マニホールド７４、第２分岐管８２と第２マニホールド８４を分離する（ステップＳ３２）。つまり、それぞれの接続部分を切り離す。これにより、第１マニホールド７４と第２マニホールド８４とを燃料供給装置２２０の他の部分から分離する。なお、第１分岐管７２、第２分岐管８２が複数の配管を繋げた構造である場合、配管の連結部で分離すればよい。
次に、燃焼器２１２を取り外す（ステップＳ３４）。燃焼器２１２と圧縮機１１との接続部、燃焼器２１２とタービン１３との接続部も切り離し、燃焼器２１２をガスタービン２１０から切り離す。燃焼器２１２を取りはずす場合、燃焼器２１２から枝管７６、８６を分離、取り外すことで、燃焼器２１２と第１マニホールド７４、第２マニホールド８４と燃焼器２１２とを分離する。これにより、複数の燃焼器２１２の取り外し作業を個別に実行することができる。これにより、図１３に示すように、発電システム２００から燃焼器２１２と第１マニホールド７４と第２マニホールド８４と枝管７６、８６とが取り除かれた状態とする。
次に、図１４に示すように、新しい燃焼器１２を設置し（ステップＳ３８）、新しいメインマニホールド１３４を設置し、燃焼器１２とメインマニホールド１３４を連結する（ステップＳ４０）。つまり、燃焼器１２とメインマニホールド１３４を設置し、燃焼器１２のメインノズル系統１１２と枝管１３６を連結する。そして、パイロットノズル系統１１４とパイロット枝管９６とを連結する。なお、メインマニホールド１３４を設置した後、新しい燃焼器１２を設置してもよい。これにより、図１４に示すように、燃焼器１２とメインマニホールド１３４とがガスタービンプラントの所定の位置に設置される。
次に、圧縮機１１及びタービン１３と燃焼器１２を連結する（ステップＳ４２）。これにより、圧縮機１１から燃焼器１２に圧縮空気が供給され、燃焼器１２から燃焼ガスがタービン１３に供給できる状態となる。さらに、第１分岐管７２ａと第２分岐管８２ａをメインマニホールド１３４と連結する（ステップＳ４４）。具体的には、図１１のように、連結管１３０で、第１分岐管７２ａと第２分岐管８２ａと、メイン配管１３２とを連結する。これにより、第１分岐管７２ａと第２分岐管８２ａとからメインマニホールド１３４に燃料を供給できる状態となる。
発電システム１ａ（ガスタービンプラント２ａ）のように、ノズル系統が複数から１つになるノズル系統に燃料を供給する燃料供給系統のマニホールドを交換しても、燃料供給系統の上流側の部分は既存の設備を用いることができ、交換を簡単にすることができる。なお、メイン配管１３２は、第１分岐管７２ａと第２分岐管８２ａよりも流路面積を大きくし、メインマニホールド１３４は、第１マニホールド７４、第２マニホールド８４よりも流路面積を大きくすることが好ましい。これにより、燃料を同様に供給することができる。
ここで、上記実施形態では、メインノズル系統が２系統で設けられた燃焼器を１系統で設けられた燃焼器に交換する場合、また、交換した燃焼器を有する発電プラントとして説明したが、これに限定されない。燃焼器の交換で統合されるノズル系統は、他のノズル系統でもよい。例えば、トップハットノズル系統が２系統で設けられた燃焼器を１系統で設けられた燃焼器に交換する場合に燃料供給系統を同様に連結させるようにしてもよいし、パイロットノズル系統が２系統で設けられた燃焼器を１系統で設けられた燃焼器に交換する場合に燃料供給系統を同様に連結させるようにしてもよい。また、メインノズル系統が３系統以上で設けられた燃焼器を１系統で設けられた燃焼器に交換する場合に燃料供給系統を同様に連結させるようにしてもよい。
１ 発電システム
２ ガスタービンプラント
６ 連結軸
８ 発電機
１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
２０ 燃料供給装置
４０ 燃焼器本体
４０ａ 空気流入口
４１ 燃兼圧車室
４２ 燃焼器内筒
４３ タービン車室
４４ パイロット燃焼バーナ
４５ メイン燃焼バーナ（第１メイン燃焼バーナ）
４６ 第２メイン燃焼バーナ
４７ 燃焼器尾筒
４８ 車室
４９ バイパス弁
５０ 整流板
５２ ディフューザ部
５４ ストラット
６０ 燃料タンク
６２ 燃料供給ライン
６４ 第１メイン燃料系統
６６ 第２メイン燃料系統
６８ パイロット燃料系統
７０ 制御装置
７２ 第１分岐管
７４ 第１マニホールド
７６ 第１枝管
７７ 第１圧力調整弁
７８ 第１流量調整弁
８２ 第２分岐管
８４ 第２マニホールド
８６ 第２枝管
８７ 第２圧力調整弁
８８ 第２流量調整弁
９２ パイロット分岐管
９４ パイロットマニホールド
９６ パイロット枝管
９７ パイロット圧力調整弁
９８ パイロット流量調整弁
１０２ 第１連結管
１０４ 第２連結管
１１２ メインノズル系統
１１４、２２４ パイロットノズル系統
１３４ メインマニホールド
２２１ 第１メインノズル系統
２２２ 第２メインノズル系統

Claims (13)

  1. 燃焼器と、前記燃焼器に燃料を供給する複数の燃料供給系統と、を有するガスタービンプラントのガスタービンにおける燃焼器を交換する燃焼器交換方法であって、
    複数の燃料供給系統のいずれかと接続され、接続された燃料供給系統から燃料が供給される複数のノズル系統を有する第１燃焼器を、前記燃料供給系統から分離し、ガスタービンプラントから取り外すステップと、
    前記第１燃焼器よりもノズル系統が少ない第２燃焼器を前記ガスタービンプラントに取り付けるステップと、
    前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連結管で連通させ、前記燃料供給系統と前記第２燃焼器とを連結するステップと、を有することを特徴とする燃焼器交換方法。
  2. 前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を有し、
    前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することを特徴とする請求項１に記載の燃焼器交換方法。
  3. 前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を上流側連結管で連通させるステップをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の燃焼器交換方法。
  4. 前記上流側連結管は、前記マニホールドの取り合い点の近傍に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器交換方法。
  5. 前記燃料供給系統は、前記マニホールドの上流側に燃料の供給を調整する調整弁を有し、
    前記上流側連結管は、前記マニホールドと調整弁との間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃焼器交換方法。
  6. 前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の燃焼器交換方法。
  7. 前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統のそれぞれのマニホールドを取り外すステップと、
    前記第２燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統に共通のマニホールドを設置するステップと、を有し、
    前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器交換方法。
  8. 燃料が供給されるノズル系統を有する燃焼器と、
    前記燃焼器に前記燃料を供給する複数の燃料供給系統と、
    前記燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連通させ、前記燃料供給系統と前記燃焼器とを連結する連結管と、を有し、
    ことを特徴とするガスタービンプラント。
  9. 複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、
    前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、
    前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を独立して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を独立して制御することを特徴とする請求項８に記載のガスタービンプラント。
  10. 複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、
    前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、
    前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を連動して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を連動して制御することを特徴とする請求項９に記載のガスタービンプラント。
  11. 前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を前記ノズル系統毎に有し、
    前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することを特徴とする請求項９または１０に記載のガスタービンプラント。
  12. 前記同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を連通する上流側連結管と、
    前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンプラント。
  13. 前記燃料供給系統は、複数の前記ノズル系統に接続される１つのマニホールドを有し、
    前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることを特徴とする請求項９または１０に記載のガスタービンプラント。
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