JP2016161157A - Gas turbine combustor, gas turbine, and operational method of the gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービン燃焼器、それを備えたガスタービン、及びそのガスタービンの運転方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor, a gas turbine including the same, and a method for operating the gas turbine.
発熱量の低い燃料は、一般に、LNG(Liquefied Natural Gas)等と比べて火炎温度が低く燃焼速度が遅いため、燃えにくい燃料である。このような低カロリーガスの代表例として、高炉ガスが挙げられる。高炉ガスは、製鉄プロセスにおいて高炉から発生する副生ガスであり、一酸化炭素や水素を主要可燃成分とし、その他に窒素や二酸化炭素を多量に含む難燃性のガスである。この高炉ガスをガスタービンの燃料として利用したいというニーズがある。 A fuel having a low calorific value is generally a fuel that is difficult to burn because the flame temperature is low and the combustion speed is slow compared to LNG (Liquefied Natural Gas) or the like. A typical example of such a low calorie gas is blast furnace gas. The blast furnace gas is a by-product gas generated from the blast furnace in the iron making process, and is a flame retardant gas containing carbon monoxide and hydrogen as main combustible components and a large amount of nitrogen and carbon dioxide. There is a need to use this blast furnace gas as fuel for a gas turbine.
ガスタービン燃焼器において、一般に、ガスタービンの部分負荷運転時、特に低負荷運転時には、定格負荷運転時よりも燃料流量が少なくなるので、燃焼温度が低くなる。低い燃焼温度では燃料の反応性が低下するので、燃焼効率が低下する傾向にある。特に、難燃性のガスである高炉ガスを燃料として用いる場合、燃料の反応性が低下すると、燃料が不完全燃焼となり、燃焼効率の低下が問題となる。 In a gas turbine combustor, generally, the fuel flow rate is lower during partial load operation of the gas turbine, particularly during low load operation, and therefore the combustion temperature is lower than during rated load operation. At low combustion temperatures, the reactivity of the fuel decreases, so the combustion efficiency tends to decrease. In particular, when blast furnace gas, which is a flame-retardant gas, is used as a fuel, if the reactivity of the fuel decreases, the fuel becomes incompletely combusted, and a decrease in combustion efficiency becomes a problem.
そこで、部分負荷運転時の燃焼効率の向上のために、圧縮機からの圧縮空気の一部を燃焼器に流入させずにタービンに流入するようにバイパスさせることで、燃焼器内の燃料濃度を高めて燃焼温度を高くする方法がある。このようなバイパス構造を有するガスタービンの一例として、圧縮機からの圧縮空気を受ける室を形成するケーシングと、その室内に配置された円筒状のライナにより形成された燃焼器と、燃焼器の後端部に結合されて燃焼器内で発生した燃焼ガスをタービンに送給する連絡ダクトと、室で受けた圧縮空気の一部が燃焼器をバイパス可能となるように連絡ダクトに接続された空気式バイパス弁装置と、圧縮機から空気式バイパス弁装置に可変圧力で制御空気を供給する供給手段とを備えたものがある(特許文献1参照)。 Therefore, in order to improve combustion efficiency during partial load operation, a part of the compressed air from the compressor is bypassed so as to flow into the turbine without flowing into the combustor, thereby reducing the fuel concentration in the combustor. There is a way to increase the combustion temperature. As an example of a gas turbine having such a bypass structure, a casing that forms a chamber that receives compressed air from a compressor, a combustor formed by a cylindrical liner disposed in the chamber, and a combustor A connecting duct that is connected to the end and delivers combustion gas generated in the combustor to the turbine, and an air connected to the connecting duct so that a part of the compressed air received in the chamber can bypass the combustor. There is a type equipped with a bypass valve device and supply means for supplying control air at a variable pressure from a compressor to a pneumatic bypass valve device (see Patent Document 1).
上記した特許文献1に記載のガスタービンにおいては、部分負荷運転時に、圧縮機からの圧縮空気の一部が燃焼器をバイパスして燃焼器の下流側の連絡ダクト内に流入するので、ライナ(燃焼器)の外表面に沿って流れる圧縮空気の流量が減少する。この圧縮空気は、ライナ外表面に沿って流れる際に、燃焼器内で発生した燃焼ガスにより加熱されたライナを冷却する機能を有している。したがって、ライナ外表面に沿って流れる圧縮空気がバイパスにより減少すると、ライナの冷却が不十分になる虞がある。 In the gas turbine described in Patent Document 1 described above, during partial load operation, a part of the compressed air from the compressor bypasses the combustor and flows into the communication duct on the downstream side of the combustor. The flow rate of the compressed air flowing along the outer surface of the combustor is reduced. The compressed air has a function of cooling the liner heated by the combustion gas generated in the combustor when flowing along the outer surface of the liner. Therefore, if the compressed air flowing along the outer surface of the liner is reduced by bypass, the liner may be insufficiently cooled.
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、ガスタービンの無負荷条件から部分負荷条件において、高い燃焼効率を維持しつつライナの冷却を向上させることができるガスタービン燃焼器、ガスタービン、及びガスタービンの運転方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to improve the cooling of the liner while maintaining high combustion efficiency from a no-load condition to a partial load condition of the gas turbine. An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor, a gas turbine, and a method for operating the gas turbine.
上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、内部に燃焼室を形成する筒状のライナと、前記ライナの軸方向一端に設けられたバーナと、前記ライナ及び前記バーナを内包する外筒と、前記ライナのバーナ側端部を含む所定の領域を囲むように前記外筒内に設置され、前記ライナと共に環状の空間を形成するバイパス空気受容れ部と、一端が前記バイパス空気受容れ部に接続され、圧縮機からの圧縮空気の一部をバイパス空気として前記バイパス空気受容れ部にバイパスさせるバイパス配管と、前記バイパス配管に設置され、前記バイパス配管を流れるバイパス空気の流量を調整可能なバイパス弁とを備え、前記ライナは、前記バイパス空気受容れ部に囲まれた領域における所定の位置に、前記バイパス空気受容れ部内の空間と前記燃焼室とを連通するバイパス空気孔を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, a cylindrical liner that forms a combustion chamber therein, a burner provided at one end in the axial direction of the liner, and the liner And an outer cylinder that encloses the burner, and a bypass air receiving portion that is installed in the outer cylinder so as to surround a predetermined region including the burner side end of the liner, and forms an annular space with the liner, One end is connected to the bypass air receiving portion, and a bypass pipe for bypassing a part of the compressed air from the compressor to the bypass air receiving portion as bypass air is installed in the bypass pipe and flows through the bypass pipe A bypass valve capable of adjusting the flow rate of the bypass air, and the liner is disposed at a predetermined position in a region surrounded by the bypass air receiving portion. And having a bypass air hole communicating with the space in the put portion and with said combustion chamber.
本発明によれば、圧縮空気の一部をバイパス空気としてバイパスさせるバイパス配管を、ライナのバーナ側端部を含む所定の領域を囲むバイパス空気受容れ部に接続すると共に、ライナの所定の位置にバイパス空気孔を設けることにより、バイパス空気がライナのバイパス空気受容れ部に囲まれた領域を冷却して燃焼室の所定の位置に流入可能となるので、ガスタービンの無負荷条件から部分負荷条件において、高い燃焼効率を維持しつつライナの冷却を向上させることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, the bypass pipe for bypassing a part of the compressed air as the bypass air is connected to the bypass air receiving portion surrounding the predetermined region including the burner side end portion of the liner, and at a predetermined position of the liner. By providing the bypass air hole, the bypass air can cool the region surrounded by the bypass air receiving portion of the liner and flow into a predetermined position of the combustion chamber. In this case, it is possible to improve the cooling of the liner while maintaining high combustion efficiency.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明のガスタービン燃焼器、ガスタービン、ガスタービンの運転方法の実施の形態を図面を用いて説明する
[第1の実施の形態]
本発明のガスタービン燃焼器、ガスタービン、ガスタービンの運転方法の第1の実施の形態を図1乃至図9を用いて説明する。
まず、本発明のガスタービン燃焼器及びそれを備えたガスタービンの第1の実施の形態の構成を1乃至図3を用いて説明する。図1は本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を示す縦断面図及びそれを備えるガスタービンを示す概略構成図、図2は図1の符号Aで示す本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態の一部を構成するバイパス空気受容れ部を拡大した縦断面図、図3は図1に示す本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態の一部を構成するライナの積算開口面積と軸方向位置との関係を示す特性図である。図1中、矢印はガスタービンの作動流体又は燃料の流れ方向を示している。図2中、矢印はバイパス空気又は燃焼用空気の流れ方向を示している。図3中、縦軸Sは図1に示すライナ21の冷却空気孔31及びバイパス空気孔48の積算開口面積を、横軸xはライナ21の左端(バーナ22側端)を0とした軸方向位置を示している。なお、図1及び図2において、燃焼器は、その左側が燃焼ガスの上流側、その右側が下流側になるように図示されている。
Embodiments of a gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine operating method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment]
A gas turbine combustor, a gas turbine, and a gas turbine operating method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of a first embodiment of a gas turbine combustor of the present invention and a gas turbine including the gas turbine combustor will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention and a schematic configuration diagram showing a gas turbine having the same, and FIG. 2 is a gas turbine combustion according to the present invention indicated by reference A in FIG. FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of a bypass air receiving portion constituting a part of the first embodiment of the combustor, and FIG. 3 is a part of the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention shown in FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an integrated opening area of the liner constituting the shaft and an axial position. In FIG. 1, the arrows indicate the flow direction of the working fluid or fuel of the gas turbine. In FIG. 2, arrows indicate the flow direction of bypass air or combustion air. In FIG. 3, the vertical axis S represents the integrated opening area of the
図1において、ガスタービンは、空気を圧縮して高圧の圧縮空気100を生成する圧縮機1と、圧縮機1から導入される圧縮空気100と燃料200とを混合して燃焼させることで、高温の燃焼ガス110を生成する燃焼器2と、燃焼器2で生成された燃焼ガス110のエネルギーにより軸駆動力を得るタービン3とを備えている。ガスタービンには、発電機4が機械的に連結されている。圧縮機1の出口には、圧縮空気100の流量を検出する空気流量検出器8が設けられている。燃焼器2には、燃料200を供給する燃料系統10が接続されている。燃料系統10は、燃料流量を検出する燃料流量検出器11を備えている。燃料200として、例えば、低カロリーガスの高炉ガスが挙げられる。
In FIG. 1, the gas turbine mixes and burns a compressor 1 that compresses air to generate high-pressure compressed
燃焼器2は、内部に燃焼室30を形成する略円筒状のライナ21と、ライナ21の軸方向一端(図1では左端)に設けられ、燃料200及び圧縮空気100の一部を燃焼用空気101として燃焼室30に噴射するバーナ22と、ライナ21及びバーナ22を内包する圧力容器としての外筒23と、ライナ21の軸方向他端(図1では右端)とタービン3とを接続し、燃焼室30で生成された燃焼ガス110をタービン3に導くトランジションピース24と、外筒23のバーナ22側一端(図1では左端)の開口部を閉塞するエンドカバー25とを備えている。外筒23の他端(図1では右端)は、ケーシング6に接続されている。ケーシング6の内部には、圧縮機1から圧縮空気100が流入する空間7が形成されている。燃焼器2は、圧縮機1からケーシング6を介して圧縮空気100が流入するように構成されている。
The
外筒23とライナ21の間には、圧縮空気100が流通する環状流路32が形成されている。ライナ21の右側(燃焼ガス110の下流側)領域には、その軸方向及び周方向に、圧縮空気100の一部をライナ21の冷却空気102として燃焼室30に流入させる冷却空気孔31が複数設けられている。この右側領域としては、例えば、右端から全長の約3分の2の部分である。
An
燃焼器2は、さらに、圧縮空気100の一部をバイパス空気103として迂回(バイパス)させて燃焼器2内の燃焼室30の所定の位置に流入させるバイパス機構40を備えている。バイパス機構40は、図1及び図2に示すように、ライナ21の左側端部(バーナ22側端部)を含む所定の領域を囲むように環状流路32内に設置され、ライナ21と共に環状の空間47を形成するバイパス空気受容れ部41と、一端(図1では右端)がケーシング6に接続されてケーシング6の外側に延在すると共に、他端(図1では左端)が外筒23を貫通してバイパス空気受容れ部41に接続されるバイパス空気配管42と、バイパス空気配管42に設置されたバイパス弁43とを備えている。バイパス空気受容れ部41が囲むライナ21の所定の領域とは、後述するバイパス空気孔48を設けた部分を含む領域であり、例えば、ライナ21の左側端部から全長の約3分の1までの部分である。
The
バイパス空気配管42は、圧縮機1からの圧縮空気100の一部をバイパス空気103として抽気してバイパス空気受容れ部41にバイパスさせるものである。バイパス空気配管42は、図2に示すように、バイパス空気受容れ部41の左側端部に接続されている。バイパス空気受容れ部41内の空間47には、ライナ21に対向する略円筒状のインピンジ部材45が設置されている。インピンジ部材45は、その軸方向及び周方向に、ライナ21の外表面にバイパス空気103を噴出させるインピンジ孔49を複数有している。
The
ライナ21の軸方向の所定の位置には、図1及び図2に示すように、バイパス空気受容れ部41内の空間47と燃焼室30とを連通し、バイパス空気103を燃焼室30に流入させるバイパス空気孔48が周方向に複数設けられている。つまり、ライナ21は、バイパス空気受容れ部41に囲まれた領域における所定の位置、例えば、領域の右側端部にバイパス空気孔48を複数有している。ライナ21のバイパス空気受容れ部41に囲まれた領域には、図1及び図3に示すように、その右側端部にバイパス空気孔48のみが設けられており、冷却空気孔31は設けられていない。ライナ21の軸方向の所定の位置とは、詳細は後述するが、バイパス空気103が燃焼室30に流入しても、燃焼温度が低下せず、燃焼器2の燃焼効率が低下しない位置である。例えば、ライナ21の左端から全長の約3分の1離隔した位置である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1において、バイパス弁43は、バイパス配管42を流れるバイパス空気103の流量を調整するものである。バイパス弁43には、制御装置44が接続されている。制御装置44には、燃料流量検出器11及び空気流量検出器8がそれぞれ接続されており、燃料流量検出器11で検出された流量に応じた検出信号、及び空気流量検出器8で検出された流量に応じた検出信号がそれぞれ入力される。制御装置44は、燃料流量検出器11で検出された燃料流量、空気流量検出器8で検出された圧縮空気流量、及びガスタービンの負荷条件に基づいて、バイパス弁43の弁開度を制御し、バイパス空気103の流量を調整する。
In FIG. 1, the
次に、バイパス空気孔を設けるライナの軸方向の所定の位置について図4を用いて説明する。
図4は図1に示す本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態の一部を構成するライナに設けるバイパス空気孔の所定の位置を示す説明図及び代表的な高炉ガスが当量比1.0で燃焼した場合における火炎温度とライナの軸方向位置との概略的な関係を示す特性図である。図4中、縦軸Tは代表的な高炉ガスが当量比1.0で燃焼した場合の火炎温度(℃)を、横軸xはライナ21の左端(バーナ22側端)を0とした軸方向位置を示している。当量比とは、燃料の空気に対する濃さを表す指標であり、理論空燃比を実際の混合気の空燃比で割った値である。なお、図4において、図1乃至図3に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, a predetermined position in the axial direction of the liner in which the bypass air hole is provided will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing a predetermined position of a bypass air hole provided in a liner constituting a part of the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention shown in FIG. It is a characteristic view which shows the rough relationship between the flame temperature at the time of burning by 1.0, and the axial direction position of a liner. In FIG. 4, the vertical axis T is the flame temperature (° C.) when a typical blast furnace gas burns at an equivalence ratio of 1.0, and the horizontal axis x is the axis where the left end of the liner 21 (the
当量比が1.0となる燃料と燃焼用空気とが反応した場合、図4に示すように、火炎温度Tは、左端0からある位置xまで1000℃よりかなり低い数百℃の状態であり、それより右側に行くにしたがって徐々に上昇する。そして、ある軸方向位置hにおいて約1000℃に到達し、更に右側では1000℃超で略一定となる。
When the fuel having the equivalence ratio of 1.0 reacts with the combustion air, as shown in FIG. 4, the flame temperature T is in the state of several hundred degrees C. which is considerably lower than 1000 degrees C. from the
もし、火炎温度Tが1000℃に達しない位置xからバイパス空気を燃焼室内に流入させた場合、バイパス空気が燃焼温度の上昇を妨げ、燃料の反応性が低下する。つまり、圧縮空気をバイパスさせた意味がなくなってしまう。それに対して、火炎温度Tが1000℃以上に達した位置xからバイパス空気を流入させた場合、バイパス空気は、上昇した燃焼温度を低下させず、新たな酸素供給源となって燃焼を促進させる。 If the bypass air is caused to flow into the combustion chamber from the position x where the flame temperature T does not reach 1000 ° C., the bypass air prevents the combustion temperature from rising and the fuel reactivity decreases. That is, the meaning of bypassing compressed air is lost. On the other hand, when the bypass air is introduced from the position x where the flame temperature T has reached 1000 ° C. or higher, the bypass air does not lower the increased combustion temperature, but becomes a new oxygen supply source and promotes combustion. .
そこで、本実施の形態においては、例えば、当量比が1.0となる燃料と燃焼用空気とが反応して燃焼温度が1000℃以上に到達可能なライナ21の軸方向位置に、バイパス空気孔48を設けている。このような位置にバイパス空気孔48を設けることにより、バイパス空気103が燃焼室30内に流入しても、燃焼温度は低下せず、高い燃焼効率の維持が可能である。つまり、バイパス空気孔を設ける所定の位置とは、バイパス空気103が燃焼室30に流入しても燃焼効率の低下を生じさせない位置である。
Therefore, in the present embodiment, for example, the bypass air hole is provided at the axial position of the
次に、本発明のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンの第1の実施の形態における作動流体の流れを図1及び図2を用いて説明する。
図1に示すように、ガスタービンは、圧縮機1が大気より吸込んだ空気を圧縮し、圧縮空気100をケーシング6内の空間7へと供給する。その圧縮空気100は、その一部がライナ21と外筒23の間に形成された環状流路32に流入し、残りがバイパス空気103としてバイパス空気配管42に流入する。
Next, the flow of the working fluid in the first embodiment of the gas turbine including the gas turbine combustor of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the gas turbine compresses the air taken in from the atmosphere by the compressor 1 and supplies the
環状流路32に流入した圧縮空気100は、バーナ22側に向かって流れ、このとき、ライナ21の外表面を冷却する。この圧縮空気100の一部は、燃焼器2の左側端部に到達し、エンドカバー25に衝突して流れの向きを変え、燃焼用空気101としてバーナ22に流入する。バーナ22に流入した燃焼用空気101は、旋回成分を付与されて燃焼室30に噴射され、バーナ22から噴射される燃料200と混合する。これにより、拡散火炎105が形成され、燃焼ガス110が発生する。また、環状流路32に流入した圧縮空気100の他の部分は、冷却空気102として冷却空気孔31から燃焼室30に流入する。この冷却空気102によって、高温の燃焼ガス110によるライナ21の温度上昇が抑制される。冷却空気102は、例えば、ライナ21の軸方向に沿うように燃焼室30に流入する。
The
一方、バイパス空気103は、バイパス空気配管42を通じてバイパス空気受容れ部41に流入する。このバイパス空気103は、図1及び図2に示すように、インピンジ部材45に衝突し、インピンジ部材45のインピンジ孔49から噴出してライナ21に衝突する。これにより、拡散火炎により加熱されて高温となるライナ21の部分がインピンジメント冷却される。ライナ21に衝突した後のバイパス空気103は、ライナ21とインピンジ部材45の間隙を下流側(図1及び図2の右側)のバイパス空気孔48に向かって流れ、バイパス空気孔48から燃焼室30に流入する。このバイパス空気103は、ライナ21の外表面に沿って流れるとき、伝熱によりライナ21を冷却する。つまり、本実施の形態においては、拡散火炎105により加熱されて高温となるライナ21の部分は、バイパス空気103の噴出によりインピンジメント冷却されると共に、バイパス空気103との伝熱により冷却される。
On the other hand, the
燃焼室30で発生した燃焼ガス110は、燃焼室30に流入した冷却空気102及びバイパス空気103と混合し、トランジションピース24を通過してタービン3に流入する。燃焼ガス110の供給によりタービン3には回転動力が与えられ、タービン3の回転動力は圧縮機1及び発電機4に伝達される。圧縮機1に伝達された回転動力は圧縮動力として用いられ、発電機4に伝達された回転動力は電気エネルギーに変換される。
The
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を備えたガスタービンの運転方法を図5乃至図9を用いて説明する。
先ず、ガスタービンの負荷条件に対するバイパス弁の弁開度の関係を図5を用いて説明する。
図5は図1に示す本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を備えたガスタービンの運転方法におけるガスタービン負荷とバイパス弁の弁開度との関係を示す特性図である。図5中、縦軸Vはバイパス弁の弁開度を、横軸Lはガスタービンの負荷(%)を示している。なお、図5において、図1乃至図4に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, the operation method of the gas turbine provided with the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the relationship of the valve opening degree of the bypass valve with respect to the load condition of a gas turbine is demonstrated using FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the gas turbine load and the valve opening degree of the bypass valve in the operation method of the gas turbine provided with the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis V represents the valve opening of the bypass valve, and the horizontal axis L represents the load (%) of the gas turbine. In FIG. 5, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 4 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
制御装置44(図1参照)は、図5に示すように、バイパス弁43(図1参照)の弁開度を、ガスタービンの無負荷条件(0%)で最大開度とし、負荷の上昇に伴い減少させ、定格負荷条件(100%)で最小開度となるように制御する。このとき、負荷の変化量に対する弁開度の変化量は、低負荷条件(例えば、約40%未満)及び高負荷条件(例えば、約60%超)の場合の方が、中負荷条件(例えば、約40%以上約60%以下)の場合よりも小さくなるようにする。制御装置44は、バイパス弁43の弁開度を制御することで、燃焼用空気101とバイパス空気103との比率を調整し、最終的には、燃焼室30の燃料200と燃焼用空気101との比率(当量比φ)を調整している。
As shown in FIG. 5, the control device 44 (see FIG. 1) sets the valve opening of the bypass valve 43 (see FIG. 1) to the maximum opening under the no-load condition (0%) of the gas turbine, and increases the load. In order to achieve a minimum opening degree under the rated load condition (100%). At this time, the amount of change in the valve opening relative to the amount of change in the load is lower in the low load condition (for example, less than about 40%) and in the high load condition (for example, more than about 60%). , About 40% or more and about 60% or less). The
次に、ガスタービンの負荷条件に対する当量比の関係を図6及び図7を用いて説明する。
図6は代表的な高炉ガスにおける理論火炎温度と当量比との関係を示す特性図、図7は図1に示す本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を備えたガスタービンの運転方法におけるガスタービン負荷と当量比との関係を示す特性図である。図6中、縦軸Tは代表的な高炉ガスを用いた場合の理論火炎温度(℃)を、横軸φは当量比を示している。図7中、縦軸φは当量比を、横軸Lはガスタービンの負荷(%)を示している。当量比φは、図1に示すライナ21内のバイパス空気孔48に対応する軸方向位置における値である。破線αはバイパス弁43の弁開度を常に全閉とした場合であり、実線βはバイパス弁43を図5に示すように制御した場合である。なお、図6及び図7において、図1乃至図5に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, the relationship of the equivalence ratio with respect to the load condition of a gas turbine is demonstrated using FIG.6 and FIG.7.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the theoretical flame temperature and the equivalent ratio in typical blast furnace gas, and FIG. 7 is a diagram of a gas turbine equipped with the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention shown in FIG. It is a characteristic view which shows the relationship between the gas turbine load and equivalent ratio in an operation method. In FIG. 6, the vertical axis T represents the theoretical flame temperature (° C.) when a typical blast furnace gas is used, and the horizontal axis φ represents the equivalence ratio. In FIG. 7, the vertical axis φ represents the equivalence ratio, and the horizontal axis L represents the load (%) of the gas turbine. The equivalence ratio φ is a value at an axial position corresponding to the
燃料200として代表的な高炉ガスを用いる場合、図6に示すように、理論火炎温度Tは、当量比φが1.0(量論混合比)近傍において最も高くなる。つまり、当量比φが1.0近傍から増加及び低下するにつれて、理論火炎温度は低下していく。この当量比と火炎温度の観点から、次の2種類の運転方法を比較する。
When a typical blast furnace gas is used as the
先ず、バイパス弁43(図1参照)をガスタービン負荷の大きさに関わらず全閉する場合、すなわち、圧縮空気100をバイパスさせない運転方法の場合、図7の破線αで示すように、当量比φはガスタービンの負荷上昇に伴い増加していく。つまり、ガスタービンの負荷の上昇に応じて燃料流量を増加させると、その燃料流量の増加によって当量比φが上昇する。ガスタービン負荷が無負荷条件から低負荷条件では、燃料流量が少量であるため、当量比φが1.0(量論混合比)よりも十分に小さくなる。このため、図6から明らかなように、燃焼温度が低くなり、燃料200の反応性が低下する。このため、燃料200として難燃性の高炉ガスを用いた場合、不完全燃焼となり、燃焼効率が低下する。
First, when the bypass valve 43 (see FIG. 1) is fully closed regardless of the magnitude of the gas turbine load, that is, in the case of an operation method in which the
一方、本実施の形態における運転方法においては、図7の実線βで示すように、ガスタービンの無負荷条件から低負荷条件では、ライナ21内のバイパス空気孔48に対応する軸方向位置での当量比が1.0になるように、バイパス弁43の弁開度を制御装置44(図1参照)により制御する。これにより、無負荷条件及び低負荷条件のように燃料流量が少ない場合においても、図6に示すように、燃焼温度が低くなることがなく、燃料200の反応性の低下を防止できる。このため、難燃性の燃料200を用いても、燃焼効率が低下することがない。
On the other hand, in the operation method according to the present embodiment, as indicated by the solid line β in FIG. 7, in the no-load condition to the low-load condition of the gas turbine, the axial position corresponding to the
上記制御の具体的な一例を図1を用いて説明する。図1において、制御装置44は、先ず、燃料流量検出器11で検出された検出信号、空気流量検出器8で検出された検出信号、及びガスタービンの負荷条件の検出信号を取り込む。ガスタービンの負荷条件の検出信号として、例えば、発電機4とガスタービンの接続の有無の検出信号や発電機4の発電量に応じた検出信号、又は、燃料流量に応じた検出信号が挙げられる。このような検出信号に基づき、制御装置44は、ガスタービンの負荷条件を判定する。ガスタービンの負荷が無負荷条件又は低負荷条件である場合には、制御装置44は、燃料流量検出器11及び空気流量検出器8の検出信号に基づいて、当量比φが1.0となるような弁開度に変更する指令をバイパス弁43に出力する。これにより、バイパス空気配管42を流れるバイパス空気103の流量が調整され、その結果、燃焼室30に流入する燃焼用空気101の流量が調整される。
A specific example of the control will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the
次いで、ガスタービンの無負荷条件におけるライナ(燃焼室)の軸方向位置に対する当量比の関係及びガスタービンの無負荷条件における運転方法を図1、図2、図6及び図8を用いて説明する。
図8は図1に示す本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を備えたガスタービンの運転方法における無負荷条件の場合のライナの軸方向位置と当量比との関係を示す特性図である。図8中、縦軸φは当量比を、横軸xは図1に示すライナ21(燃焼室30)の左端(バーナ22側端)を0とした軸方向位置(%)を示している。破線αはバイパス弁43の弁開度を全閉とした場合であり、実線βはバイパス弁43を図5に示すように制御した場合である。なお、図8において、図1乃至図7に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, the relationship of the equivalence ratio with respect to the axial position of the liner (combustion chamber) in the no-load condition of the gas turbine and the operation method in the no-load condition of the gas turbine will be described with reference to FIGS. 1, 2, 6 and 8. .
FIG. 8 is a characteristic showing the relationship between the axial position of the liner and the equivalence ratio in the no-load condition in the operation method of the gas turbine provided with the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention shown in FIG. FIG. In FIG. 8, the vertical axis φ represents the equivalence ratio, and the horizontal axis x represents the axial position (%) with the left end (
図1に示すライナ21内(燃焼室30)の軸方向位置0における当量比φは、バーナ22から流入する燃焼用空気101及び燃料200の流量で決定される。また、ライナ21における軸方向位置0からバイパス空気孔48までの領域には、ライナ21をその半径方向に貫通する孔が存在しないため(図1及び図2参照)、図8に示すように、その領域(C部分)の当量比φは、一定となり、軸方向位置0の当量比と同一である。また、ライナ21の右側部分では、冷却空気孔31から冷却空気102が燃焼室30に流入するため(図1参照)、ライナ21内の右側領域の当量比φは、右側に行くにしたがって徐々に低下する。
The equivalence ratio φ at the
バイパス弁43を全閉とした場合、すなわち、圧縮空気100をバイパスさせない運転方法の場合、圧縮空気100は燃焼用空気101及び冷却空気102として燃焼室30に流入する(図1参照)。このため、燃焼用空気101の流量が多量となり、図8の破線αで示すように、ライナ21内の左側端部からバイパス空気孔48に対応する位置までの領域(C部分)の当量比φは、1.0(量論混合比)よりも十分に低くなる。そのため、上述したように、燃焼温度が低くなり、燃焼効率が低下する。
When the
それに対して、本実施の形態における運転方法においては、バイパス弁43を開放する。これにより、バイパス空気103の流量が増加するので、その増加分、燃焼用空気101及び冷却空気102の流量が減少する。このため、図8の実線βで示すように、ライナ21内の上記領域(C部分)の当量比φは、バイパス弁43を全閉とした場合と比較して上昇する。
On the other hand, in the operation method in the present embodiment, the
また、本実施の形態の運転方法においては、図8の実線βで示すように、ライナ21内の上記領域(C部分)の当量比φが1.0になるように、制御装置44によりバイパス弁43の弁開度を制御する。当量比φが1.0のとき、図6に示すように、燃焼温度が高くなるので、ライナ21内(燃焼室30)のその領域は高温となる。燃焼室30に高温領域が形成されることで、燃焼用空気101と燃料200の燃焼反応が促進される。また、高温領域が軸方向に一定範囲形成されるため、燃焼用空気101と燃料200の燃焼反応に必要な時間が確保される。このように、無負荷条件において、制御装置44でバイパス弁43の弁開度を制御して、燃焼室30における左側端部からバイパス空気孔48に対応する位置までの領域を高温にすることにより、燃料200の反応性の低下を防止し、高い燃焼効率を得ることができる。
Further, in the operation method of the present embodiment, as indicated by the solid line β in FIG. 8, the
このように、燃焼室30の上記領域が高温になると、その領域のライナ21の部分も燃焼室30の温度に応じて高温になるため、ライナ21のその領域を冷却する必要がある。本実施の形態においては、図2に示すように、ライナ21の左側端部からバイパス空気孔48までを含む領域(高温となる領域)を囲んだバイパス空気受容れ部41にバイパス空気103が流入し、インピンジ部材45により衝突噴流としてライナ21に衝突する。この衝突噴流によるインピンジ冷却によりライナ21の温度上昇が抑制される。また、ライナ21に衝突後のバイパス空気103は、ライナ21の外表面に沿ってバイパス空気孔48に向かって流れる。このライナ21の外表面に沿って流れるバイパス空気103は、ライナ21との伝熱により、ライナ21の温度上昇を抑制する。つまり、圧縮空気100をバイパスさせることで高温となったライナ21の領域をバイパス空気103で冷却することによりライナ21の温度上昇を抑制することができる。
Thus, when the above-mentioned region of the
なお、ガスタービン負荷が低負荷条件においても、無負荷条件の場合と同様な制御を行う。したがって、低負荷条件においても、上述したような作用効果を得ることができる。 Even when the gas turbine load is low, the same control as in the case of no load is performed. Therefore, the above-described effects can be obtained even under low load conditions.
次に、ガスタービンの定格負荷条件におけるライナ(燃焼室)の軸方向位置に対する当量比の関係、及び、ガスタービンの定格負荷条件・高負荷条件における運転方法を図1、図5乃至図7、及び図9を用いて説明する。
図9は図1に示す本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態を備えたガスタービンの運転方法における定格負荷条件の場合のライナの軸方向位置と当量比との関係を示す特性図である。図8中、縦軸φは当量比を、横軸xはライナ21(燃焼室30)の左端(バーナ22側端)を0とした軸方向位置(%)を示している。なお、図9において、図1乃至図8に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, the relationship of the equivalence ratio with respect to the axial position of the liner (combustion chamber) in the rated load condition of the gas turbine, and the operation method in the rated load condition and high load condition of the gas turbine are shown in FIGS. And it demonstrates using FIG.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the axial position of the liner and the equivalence ratio in the rated load condition in the operating method of the gas turbine provided with the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention shown in FIG. FIG. In FIG. 8, the vertical axis φ represents the equivalence ratio, and the horizontal axis x represents the axial position (%) where the left end (
定格負荷条件において、燃料流量は低負荷条件よりも増加するので、当量比φが高くなる。当量比φが3.0以上の場合、図6に示すように、理論火炎温度が1000℃以下となるので、酸素不足及び燃料200の反応性の低下により火炎が不安定になる可能性がある。そこで、定格負荷条件では、図7及び図9に示すように、当量比φが3.0未満となるように、図1に示す制御装置44によりバイパス弁43の弁開度を小さくする。これにより、バイパス空気103の流量が減少し、その結果、バーナ22に流入する燃焼用空気101の流量が増加する。このため、ライナ21内の左側端部からバイパス空気孔48に対応する位置までの領域(図9のC部分)の当量比φが高くなりすぎて火炎が不安定になることを抑制できる。
In the rated load condition, the fuel flow rate increases compared to the low load condition, so the equivalence ratio φ becomes high. When the equivalence ratio φ is 3.0 or more, as shown in FIG. 6, the theoretical flame temperature is 1000 ° C. or less, so that there is a possibility that the flame becomes unstable due to insufficient oxygen and a decrease in the reactivity of the
また、高負荷条件においても、定格負荷条件と同様に、燃料流量は低負荷条件よりも増加するので、当量比φが低負荷条件より高くなる。そこで、高負荷条件でも、制御装置44によりバイパス弁43の弁開度を負荷に応じて小さくなるように制御する(図5参照)。
Also, in the high load condition, similarly to the rated load condition, the fuel flow rate increases compared to the low load condition, so the equivalence ratio φ becomes higher than in the low load condition. Therefore, even under a high load condition, the
定格負荷条件及び高負荷条件において、バイパス弁43の弁開度を絞ってバイパス空気103の流量を減少させると、バイパス空気103のインピンジ冷却効率が低下してライナ21の温度が上昇する虞がある。そこで、本実施の形態においては、図7に示すように、ライナ21内の上記領域の当量比φが1.5以上となるように、制御装置44によりバイパス弁43の弁開度を制御する。当量比φが1.5となる燃料過濃状態においては、図6に示すように、当量比φが1.0の場合より理論火炎温度が約20%低下する。つまり、当量比φを1.5以上にすることで、燃焼温度が低下するので、ライナ21の加熱が抑制される。このように、定格負荷条件及び高負荷条件において、バイパス空気103の流量が少量であっても、ライナ21の温度上昇を抑制することができる。
If the flow rate of the
本実施の形態においては、無負荷条件から低負荷条件では、バイパス弁43の弁開度が定格負荷条件より相対的に大きくなるように制御してバイパス空気103の流量を増加させることで、ライナ21内のバーナ22側端部からバイパス空気孔48に対応する位置までの領域の当量比φを略1.0にする。これにより、高い燃焼効率を得ることができると共に、ライナ21の温度上昇を抑制することができる。
In the present embodiment, from the no-load condition to the low-load condition, the flow rate of the
一方、定格負荷条件及び高負荷条件では、バイパス弁43の弁開度を低負荷条件よりも相対的に小さくなるように制御してバイパス空気103の流量を減少させることで、当量比φを1.5以上3.0以下の燃料過濃状態にする。これにより、火炎を安定化させることができると共に、ライナ21の温度上昇を抑制することができる。
On the other hand, under the rated load condition and the high load condition, the equivalence ratio φ is set to 1 by controlling the valve opening degree of the
中負荷条件では、バイパス弁43の弁開度の変化量を大きくする制御を行うことで(図5参照)、当量比φを量論混合比から燃料過濃状態へと速やかに切り替える。 Under the medium load condition, the equivalence ratio φ is quickly switched from the stoichiometric mixture ratio to the fuel rich state by performing control to increase the amount of change in the valve opening of the bypass valve 43 (see FIG. 5).
上述したように、本発明のガスタービン燃焼器、ガスタービン、及びガスタービンの運転方法の第1の実施の形態によれば、圧縮空気100の一部をバイパス空気103としてバイパスさせるバイパス配管42を、ライナ21のバーナ22側端部を含む所定の領域を囲むバイパス空気受容れ部41に接続すると共に、ライナ21の所定の位置にバイパス空気孔48を設けることにより、バイパス空気103がライナ21のバイパス空気受容れ部41に囲まれた領域を冷却して燃焼室30の所定の位置に流入可能となるので、ガスタービンの無負荷条件から部分負荷条件において、高い燃焼効率を維持しつつライナ21の冷却を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment of the gas turbine combustor, the gas turbine, and the operation method of the gas turbine of the present invention, the
また、本実施の形態によれば、バイパス配管42をバイパス空気受容れ部41の左側端部(バーナ22側端部)に接続したので、ライナ21のバイパス空気受容れ部41に囲まれた領域の全体をバイパス空気103により確実に冷却できる。
Further, according to the present embodiment, since the
さらに、本実施の形態によれば、バイパス配管42を外筒23の外側に延在させたので、バイパス配管42を介してバイパス空気103が外部雰囲気に冷却される。このため、ライナ21のバイパス空気受容れ部41に囲まれた領域の温度上昇をさらに抑制できる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、インピンジ部材45をバイパス空気受容れ部41内に設置しているので、バイパス空気103がインピンジ孔49から噴出して、ライナ21のバイパス空気受容れ部41に囲まれた領域を効率的に冷却できる。
Further, according to the present embodiment, since the
さらに、本実施の形態によれば、ガスタービンの負荷に応じてバイパス弁43の弁開度を制御装置44により制御するので、バイパス空気103の流量が適正に保持され、高い燃焼効率及びライナ21の適切な冷却を確実に維持できる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the valve opening degree of the
[第2の実施の形態]
次に、本発明のガスタービン燃焼器、ガスタービン、及びガスタービンの運転方法の第2の実施の形態を図10を用いて説明する。
図10は本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態を示す縦断面図及びそれを備えるガスタービンを示す概略構成図である。図10中、矢印はガスタービンの作動流体又は燃料の流れ方向を示している。なお、図10において、図1乃至図9に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the gas turbine combustor, the gas turbine, and the operation method of the gas turbine of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the gas turbine combustor of the present invention and a schematic configuration diagram showing a gas turbine including the same. In FIG. 10, arrows indicate the flow direction of the working fluid or fuel of the gas turbine. In FIG. 10, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 9 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
図10に示す本発明のガスタービン燃焼器及びそれを備えたガスタービンの第2の実施の形態は、第1の実施の形態の構成に追加して、ライナ21のバイパス空気受容れ部41に囲まれた領域の温度を検出する温度検出器50を更に備えたものである。また、第1の実施の形態の制御装置44に代えて、温度検出器50の検出温度も更に考慮してバイパス弁43の弁開度を制御する制御装置44Aを備えたものである。温度検出器50は、制御装置44Aに接続され、検出した温度に応じた検出信号を制御装置44Aに出力する。温度検出器50として、例えば、熱電対が挙げられる。
A gas turbine combustor of the present invention shown in FIG. 10 and a gas turbine including the same are added to the configuration of the first embodiment, and the bypass
燃料200として高炉ガスを用いている場合、その燃料組成が変化する可能性がある。第1の実施の形態においては、燃料組成の変化により燃料200の発熱量が増加した場合、発熱量の増加に応じて燃焼温度が上昇するので、ライナ21のバイパス空気受容れ部41に囲まれた領域の温度も上昇する可能性がある。
When blast furnace gas is used as the
そこで、本実施の形態において、制御装置44Aは、温度検出器50の検出信号が予め定めた設定値を超えたと判定すると、ガスタービンの負荷に応じて弁開度を変更する指令をバイパス弁43に出力する。すなわち、ライナ21の温度が所定の温度を超えた場合に、バイパス弁43の弁開度を変更させることで、バイパス空気103の流量を増減させてライナ21の温度を低下させる。
Therefore, in the present embodiment, when the
具体的には、制御装置44Aは、先ず、第1の実施の形態と同様に燃料流量検出器11、空気流量検出器8及びガスタービンの負荷条件の検出信号をそれぞれ取り込むと共に、温度検出器50の検出信号も取り込む。次に、温度検出器50の検出信号が設定値を超えたか否かを判定する。温度検出器50の検出信号が設定値を超えていないと判定した場合には、第1の実施の形態と同様な制御を行う。
Specifically, the
一方、温度検出器50の検出信号が設定値を超えたと判定し、ガスタービンの負荷条件が50%未満であると判定した場合には、制御装置44Aは、弁開度を減少させる指令をバイパス弁43に出力する。これにより、バイパス空気103の流量減少により相対的に燃焼用空気101の流量が増加するので、ライナ21内(燃焼室30)のバーナ22側端部からバイパス空気孔48に対応する位置までの領域の当量比φが1.0よりも低下する。当量比φが1.0未満になると、図6に示すように、火炎温度は急激に低下するので、ライナ21の温度上昇が抑制される。
On the other hand, when it is determined that the detection signal of the
また、温度検出器50の検出信号が設定値を超えたと判定し、ガスタービンの負荷が50%以上であると判定した場合には、制御装置44Aは、弁開度を増加させる指令をバイパス弁43に出力する。これにより、バイパス空気103の流量が増加するので、インピンジ部材45によるライナ21に対するインピンジ冷却の効率及びバイパス空気103の伝熱による冷却効率が向上し、ライナ21の冷却が促進される。また、バイパス空気103の流量増加により相対的に燃焼用空気101の流量が減少するので、当量比φがより燃料過濃になる。より燃料過濃な状態になると、図6に示すように、火炎温度は低下するので、ライナ21の温度上昇が抑制される。
Further, when it is determined that the detection signal of the
上述した本発明のガスタービン燃焼器、ガスタービン、及びガスタービンの運転方法の第2の実施の形態によれば、前述した第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 According to the second embodiment of the gas turbine combustor, the gas turbine, and the operation method of the gas turbine of the present invention described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
また、本実施の形態によれば、制御装置44Aにより、温度検出器50で検出したライナ21の温度及びガスタービンの負荷条件に基づいてバイパス弁43の弁開度を制御するので、燃料200の燃料組成の変化等によるライナ21の温度上昇に対して、バイパス空気103の流量を増減させてライナ21の温度を低下させることができる。
Further, according to the present embodiment, the
[その他の実施形態]
なお、上述した第1及び第2の実施の形態においては、燃料として高炉ガスのような低カロリーガスを用いた例を示したが、ガスタービンに用いられる一般的な燃料を使用した場合においても同様な効果を得ることができる。
[Other Embodiments]
In the first and second embodiments described above, an example in which a low calorie gas such as blast furnace gas is used as the fuel has been shown, but even when a general fuel used in a gas turbine is used. Similar effects can be obtained.
また、上述した第1及び第2の実施の形態においては、バイパス空気受容れ部41を、バイパス空気孔48が右側端部に位置するように設置した例を示したが、バイパス空気受容れ部は、ライナ21のバーナ22側端部から少なくともバイパス空気孔48を含む領域を囲むように設置されればよい。例えば、バイパス空気受容れ部41は、バイパス空気孔48の位置を超えてさらに右側領域まで囲むように設置することも可能である。バイパス空気受容れ部41に囲まれた領域のライナ21は、バイパス空気103により冷却される。
In the first and second embodiments described above, the bypass
なお、上述した第1及び第2の実施の形態においては、冷却空気102がライナ21の軸方向に沿って燃焼室30に流入するように冷却空気孔31を設けた例を示したが、冷却空気が燃焼室30で旋回するように冷却空気孔を設けることも可能である。冷却空気が旋回して燃焼室30に流入することにより、燃焼室30内の旋回流が強化され、火炎の安定性を増すことができる。
In the first and second embodiments described above, the cooling air holes 31 are provided so that the cooling
また、本発明は上述した第1乃至第2の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。 Further, the present invention is not limited to the first to second embodiments described above, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. For example, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace another configuration for a part of the configuration of each embodiment.
1…圧縮機、 2…燃焼器、 3…タービン、 21…ライナ、 22…バーナ、23…外筒、 30…燃焼室、 41…バイパス空気受容れ部、
42…バイパス空気配管、 43…バイパス弁、 44、44A…制御装置、
45…インピンジ部材、 48…バイパス空気孔、 49…インピンジ孔、
50…温度検出器、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Combustor, 3 ... Turbine, 21 ... Liner, 22 ... Burner, 23 ... Outer cylinder, 30 ... Combustion chamber, 41 ... Bypass air receiving part,
42 ... Bypass air piping, 43 ... Bypass valve, 44, 44A ... Control device,
45 ... Impingement member, 48 ... Bypass air hole, 49 ... Impingement hole,
50 ... temperature detector,
Claims (15)
前記ライナの軸方向一端に設けられたバーナと、
前記ライナ及び前記バーナを内包する外筒と、
前記ライナのバーナ側端部を含む所定の領域を囲むように前記外筒内に設置され、前記ライナと共に環状の空間を形成するバイパス空気受容れ部と、
一端が前記バイパス空気受容れ部に接続され、圧縮機からの圧縮空気の一部をバイパス空気として前記バイパス空気受容れ部にバイパスさせるバイパス配管と、
前記バイパス配管に設置され、前記バイパス配管を流れるバイパス空気の流量を調整可能なバイパス弁とを備え、
前記ライナは、前記バイパス空気受容れ部に囲まれた領域における所定の位置に、前記バイパス空気受容れ部内の空間と前記燃焼室とを連通するバイパス空気孔を有する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 A cylindrical liner that forms a combustion chamber inside;
A burner provided at one axial end of the liner;
An outer cylinder containing the liner and the burner;
A bypass air receiving portion installed in the outer cylinder so as to surround a predetermined region including the burner side end portion of the liner, and forming an annular space together with the liner;
One end is connected to the bypass air receiving portion, and bypass piping that bypasses a part of the compressed air from the compressor to the bypass air receiving portion as bypass air;
A bypass valve that is installed in the bypass pipe and is capable of adjusting a flow rate of bypass air flowing through the bypass pipe;
The liner has a bypass air hole that communicates the space in the bypass air receiving portion and the combustion chamber at a predetermined position in a region surrounded by the bypass air receiving portion. vessel.
前記バイパス配管は、前記バイパス空気受容れ部のバーナ側端部に接続された
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 bypass pipe is connected to a burner side end of the bypass air receiving portion. A gas turbine combustor, wherein:
前記バイパス配管は、前記外筒の外側に延在する
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 turbine combustor, wherein the bypass pipe extends to the outside of the outer cylinder.
前記バイパス空気受容れ部内の空間に前記ライナに対向するように設置したインピンジ部材を更に備え、
前記インピンジ部材は、前記バイパス空気受容れ部内に流入するバイパス空気を前記ライナの外表面に噴出させるインピンジ孔を複数有する
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.
An impingement member installed in the space inside the bypass air receiving portion so as to face the liner;
The gas impingement member has a plurality of impingement holes for injecting bypass air flowing into the bypass air receiving portion to the outer surface of the liner.
前記バイパス弁の弁開度をガスタービンの負荷条件に応じて制御する制御装置を更に備える
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 gas turbine combustor, further comprising: a control device that controls a valve opening degree of the bypass valve according to a load condition of the gas turbine.
前記制御装置は、前記バイパス弁の弁開度を、ガスタービンの負荷が無負荷条件で最大開度とし、負荷の上昇に伴い減少させ、定格負荷条件で最小開度となるように制御する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor of claim 5.
The control device controls the valve opening degree of the bypass valve so that the maximum opening degree is obtained when the load of the gas turbine is a no-load condition, is decreased as the load increases, and is the minimum opening degree under a rated load condition. A gas turbine combustor.
前記制御装置は、ガスタービンの負荷が無負荷条件から低負荷条件において、前記ライナ内におけるバーナ側端部から前記バイパス空気孔に対応する位置までの領域の当量比が1.0となるように、前記バイパス弁の弁開度を制御する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor of claim 5.
In the control device, when the load of the gas turbine is from a no-load condition to a low-load condition, an equivalence ratio of a region from the burner side end portion to a position corresponding to the bypass air hole in the liner is 1.0. A gas turbine combustor that controls a valve opening degree of the bypass valve.
前記制御装置は、ガスタービンの負荷が高負荷条件から定格負荷条件において、前記ライナ内におけるバーナ側端部から前記バイパス空気孔に対応する位置までの領域の当量比が1.5以上3.0以下となるように、前記バイパス弁の弁開度を制御する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 5 or 7,
In the control device, when the load of the gas turbine is from a high load condition to a rated load condition, an equivalence ratio of a region from the burner side end portion to a position corresponding to the bypass air hole in the liner is 1.5 or more and 3.0. The gas turbine combustor, wherein the opening degree of the bypass valve is controlled so as to satisfy the following conditions.
前記ライナにおける前記バイパス空気受容れ部に囲まれた領域の温度を検出する温度検出器を更に備え、
前記制御装置は、前記温度検出器の検出信号及びガスタービンの負荷条件に基づいて、前記バイパス弁の弁開度を制御する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor of claim 5.
A temperature detector for detecting a temperature of an area surrounded by the bypass air receiving portion in the liner;
The said control apparatus controls the valve opening degree of the said bypass valve based on the detection signal of the said temperature detector, and the load condition of a gas turbine. The gas turbine combustor characterized by the above-mentioned.
前記制御装置は、前記温度検出器の検出信号が予め定めた設定値を超えた場合において、ガスタービンの負荷が50%未満時には、弁開度を減少させる指令を前記バイパス弁に出力し、ガスタービンの負荷が50%以上時には、弁開度を増加させる指令を前記バイパス弁に出力する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 9,
When the detection signal of the temperature detector exceeds a predetermined set value and the load of the gas turbine is less than 50%, the control device outputs a command to reduce the valve opening to the bypass valve. A gas turbine combustor that outputs a command to increase the valve opening to the bypass valve when the load of the turbine is 50% or more.
前記圧縮機から導入される圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された燃焼ガスのエネルギーにより軸駆動力を得るタービンとを備え、
前記燃焼器は
内部に燃焼室を形成するライナと、
前記ライナを内包する外筒と、
前記ライナにおける燃焼ガス上流側の端部を含む所定の領域を囲むように前記外筒内に設置され、前記ライナと共に環状の空間を形成するバイパス空気受容れ部と、
一端が前記バイパス空気受容れ部に接続され、前記圧縮機からの圧縮空気の一部をバイパス空気として前記バイパス空気受容れ部にバイパスするバイパス配管と、
前記バイパス配管に設置され、前記バイパス配管に流れるバイパス空気の流量を調整可能なバイパス弁とを備え、
前記ライナは、前記バイパス空気受容れ部に囲まれた領域における所定の位置に、前記バイパス空気受容れ部内の空間と前記燃焼室とを連通するバイパス空気孔を有する
ことを特徴とするガスタービン。 A compressor that compresses air to generate high-pressure compressed air;
A combustor that generates combustion gas by mixing and burning compressed air and fuel introduced from the compressor;
A turbine that obtains a shaft driving force by the energy of the combustion gas generated in the combustor,
The combustor includes a liner forming a combustion chamber therein;
An outer cylinder containing the liner;
A bypass air receiving portion installed in the outer cylinder so as to surround a predetermined region including an end portion on the upstream side of the combustion gas in the liner, and forming an annular space together with the liner;
A bypass pipe connected at one end to the bypass air receiving portion, and bypassing a part of the compressed air from the compressor as bypass air to the bypass air receiving portion;
A bypass valve that is installed in the bypass pipe and is capable of adjusting a flow rate of bypass air flowing through the bypass pipe;
The liner has a bypass air hole that communicates the space in the bypass air receiving portion and the combustion chamber at a predetermined position in a region surrounded by the bypass air receiving portion.
ガスタービンの負荷条件を検出し、
前記ライナのバーナ側端部を含む所定の領域を囲むように設置されて前記ライナと共に環状の空間を形成するバイパス空気受容れ部を介して、前記ライナの前記バイパス空気受容れ部に囲まれた領域における所定の位置から前記燃焼室に流入する圧縮機からの圧縮空気の一部であるバイパス空気の流量を、検出したガスタービンの負荷条件に応じて調整する
ことを特徴とするガスタービンの運転方法。 A gas turbine operation method comprising a gas turbine combustor having a liner forming a combustion chamber therein and a burner provided at one end of the liner in the axial direction,
Detects gas turbine load conditions,
The bypass air receiving portion of the liner is surrounded by the bypass air receiving portion that is installed so as to surround a predetermined region including the burner side end portion of the liner and forms an annular space together with the liner. A gas turbine operation characterized by adjusting a flow rate of bypass air, which is a part of compressed air from a compressor flowing into the combustion chamber from a predetermined position in a region, in accordance with a detected load condition of the gas turbine. Method.
検出したガスタービンの負荷条件が無負荷条件及び低負荷条件のいずれかの場合には、前記ライナ内におけるバーナ側端部から前記バイパス空気孔に対応する位置までの領域の当量比が1.0となるように、前記バイパス空気の流量を調整する
ことを特徴とするガスタービンの運転方法。 A method for operating a gas turbine according to claim 12,
When the detected load condition of the gas turbine is either a no-load condition or a low-load condition, the equivalence ratio of the region from the burner side end in the liner to the position corresponding to the bypass air hole is 1.0. The gas turbine operating method is characterized by adjusting the flow rate of the bypass air so that
検出したガスタービンの負荷条件が高負荷条件及び定格負荷条件のいずれかの場合には、前記ライナ内におけるバーナ側端部から前記バイパス空気孔に対応する位置までの領域の当量比が1.5以上3.0以下となるように、前記バイパス空気の流量を調整する
ことを特徴とするガスタービンの運転方法。 A method for operating a gas turbine according to claim 12 or 13,
When the detected load condition of the gas turbine is either a high load condition or a rated load condition, the equivalence ratio of the region from the burner side end in the liner to the position corresponding to the bypass air hole is 1.5. The gas turbine operating method is characterized in that the flow rate of the bypass air is adjusted to be 3.0 or less.
前記ライナにおける前記バイパス空気受容れ部に囲まれた領域の温度を更に検出し、
検出した温度が予め定めた設定値を超えたか否かを更に判定し、
検出した温度が前記設定値を超えたと判定し、かつ、検出したガスタービンの負荷が50%未満の場合には、前記バイパス空気の流量を減少させ、
検出した温度が前記設定値を超えたと判定し、かつ、検出したガスタービンの負荷が50%以上の場合には、前記バイパス空気の流量を増加させる
ことを特徴とするガスタービンの運転方法。 A method for operating a gas turbine according to claim 12,
Further detecting the temperature of the area surrounded by the bypass air receiving portion in the liner;
Further determine whether or not the detected temperature exceeds a preset value,
When it is determined that the detected temperature has exceeded the set value and the detected load of the gas turbine is less than 50%, the flow rate of the bypass air is decreased,
A method of operating a gas turbine, comprising: determining that the detected temperature exceeds the set value and increasing the flow rate of the bypass air when the detected load of the gas turbine is 50% or more.
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