JP2018071354A5 - - Google Patents

Description

先ず、本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器について、図１〜図３を用いて説明する。
図１は本発明の実施例が適用されるガスタービンプラントの概略構成図である。
ガスタービンプラントは、主な構成要素として、空気圧縮機１、 燃焼器３、ガスタービン２、及び発電機２３を備える。空気圧縮機１は、大気より空気を吸入して圧縮して圧縮空気４を生成し、圧縮空気４を燃焼器３に供給す る。燃焼器３は、圧縮空気４と油燃料及び／又はガス燃料とを混合燃焼させて燃焼ガス２０を生成する。燃焼ガス２０はガスタービン２へ導入され、ガスタービン２は燃焼ガス２０により駆動される。ガスタービン２の回転動力により発電機２３が駆動され発電する。ガスタービン２から排出された排ガス２１は煙突２２から排出される。なお、空気圧縮機１とガスタービン２には、ガスタービン起動用モータなどが接続 されるが図示省略している。また、発電機２３は負荷検出器（図示省略）を備え、負荷検出器で計測したガスタービンの負荷の信号が制御装置４０に入力される。さらに、本発明は、石炭ガス化複合発電プラント（IGCC）におけるガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に好適であるが、IGCCを構成する石炭ガス化炉などの石炭ガス化プラント、ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラ、排熱回収ボイラや石炭ガス化プラントにおけるシンガスクーラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンプラントなどの図示を省略している。

図２は本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器の一例の構造を示す概略断面図である。このようなガスタービン燃焼器は例えば特開2016-38108号公報に記載されている。
ガスタービン燃焼器３は、略円筒構造に形成されていて、その側面を形成する外筒２７と、外筒２７の端部に設けたエンドカバー２８と、バーナ（パイロットバーナ３８，メインバーナ３９Ａ〜Ｆ）と、外筒２７の内周面とその外周面とで環状の空間を形成する内筒（燃焼室ライナ）２６とを備えている。内筒２６の内部には、油燃料及び／又はガス燃料と圧縮空気４が燃焼する燃焼室が形成される。燃焼室で発生した燃焼ガス２０は尾筒２５を通ってガスタービン２に導入される。

内筒２６のエンドカバー２８側端部には、複数の空気孔３４が形成された空気孔プレート３３が設けられている。空気孔プレート３３の外周面と内筒２６の内面との間にシール部材３６が設けられている。空気孔プレート３３は、ガス燃料ノズル３５と共にパイロットバーナ及びメインバーナを構成する。

エンドカバー２８の中央部には、パイロットバーナを構成する油燃料ノズル３７が設けられている。油燃料ノズル３７には油燃料供給装置５からの油燃料が油燃料配管８、油燃料流量調整弁９を介して供給される。油燃料流量調整弁９は制御装置４０によって開度が制御される。また、油燃料配管８には油燃料供給装置５と油燃料流量調整弁９との間に油燃料遮断弁（図示省略）が設けられている。

Ｆ１プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を徐々に減少させると同時にパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３を徐々に開いてＦ１バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ１燃料切り替え開始）。この燃料切り替え過程でＦ１バーナの同軸噴流バーナに着火しＦ１ガス火炎が形成される。油燃料を所定流量まで減少し、Ｆ１バーナのガス燃料を所定流量（例えば全開または半開流量）まで増加させた後、Ｆ１バーナで所定時間混焼を行う。その後、Ｆ２プレフィル開始前にメインバーナ窒素流量調整弁１９を所定開度開き、再度Ｆ２バーナについて窒素ガスパージを所定時間行う。その後、メインバーナ窒素流量調整弁１９を閉じて、Ｆ２バーナで着火しない燃料流量に相当する開度となるようにメインバーナガス燃料流量調整弁１４を開動作し、Ｆ２バーナのガス燃料供給系統（メインバーナガス燃料流量調整弁１４からメインバーナガス燃料配管１２、メインガスマニホールド２９，３０、ガス燃料ノズル３５まで間）にガス燃料を充填する（Ｆ２プレフィル）。Ｆ２プレフィルの時間はガス燃料供給系統の体積により決定される。Ｆ２プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を再度徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を再度徐々に減少させると同時にメインバーナガス燃料流量調整弁１４を徐々に開いてＦ２バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ２燃料切り替え開始）。Ｆ１バーナについてはガス燃料流量をＦ１混焼の時点で所定流量としている場合にはパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３の開度を維持し、半開流量としている場合には、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３の開度を再度徐々に開きＦ２バーナのガス燃料増加と共にガス燃料を増加させる。Ｆ２燃料切り替え過程でＦ２バーナに着火しＦ２ガス火炎が形成される。油燃料流量調整弁９が全閉し、メインバーナガス燃料流量調整弁１４が所定開度となった時点で燃料切り替えが完了する。

まず、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、メインバーナ窒素流量調整弁１９を所定開度開き、窒素ガスパージを所定時間行う。その後、メインバーナ窒素流量調整弁１９を閉じて、Ｆ２バーナで着火しない燃料流量に相当する開度となるようにメインバーナガス燃料流量調整弁１３を開動作し、Ｆ２バーナのガス燃料供給系統（メインバーナガス燃料流量調整弁１４からメインバーナガス燃料配管１２、メインガスマニホールド２９，３０、ガス燃料ノズル３５まで間）にガス燃料を充填する（Ｆ２プレフィル）。Ｆ２プレフィルの時間はガス燃料供給系統の体積により決定される。Ｆ２プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を徐々に減少させると同時にメインバーナガス燃料流量調整弁１４を徐々に開いてＦ２バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ２燃料切り替え開始）。この時点で、Ｆ１バーナにはガス燃料が供給されていない（パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３が全閉）。Ｆ２燃料切り替え過程でＦ２バーナに着火しＦ２ガス火炎が形成される。

Ｆ１バーナの油焚きにおいて、煤塵の発生量が多い場合には、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８を開けた方が煤塵量の低減に有効な場合もある。
Ｆ２プレフィルの過程ではＦ２バーナでの着火を効果的防ぐという観点からパイロットバーナ窒素流量調整弁１８を開いたままとするのが望ましい。Ｆ２燃料切り替えの過程では、Ｆ２バーナで着火しやすくするという観点からパイロットバーナ窒素流量調整弁１８を閉じた方が望ましい。しかし、これらに限定されるものではない。

Ｆ１プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を再度徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を徐々に減少させると同時にパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３を徐々に開いてＦ１バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ１燃料切り替え開始）。この燃料切り替え過程でＦ１バーナの同軸噴流バーナに着火しＦ１ガス火炎が形成される。油燃料流量調整弁９が全閉し、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３が所定開度（例えば全開）となった時点で燃料切り替えが完了する（Ｆ１燃料切り替え完了）。

本実施例のような燃焼器ではガスタービンの運転状態において、パイロットバーナとメインバーナに燃料を供給しガスタービンを運転するが、低ＮＯｘ化と安定燃焼を両立するためには、メインバーナは、負荷に応じてガス燃料が噴射されるように、複数のグループに分けて構成するのが望ましい。例えば、図６に示すようにメインバーナ３９Ａ，３９Ｃ，３９Ｅのグループ（Ｆ２バーナ）と、メインバーナ３９Ｂ，３９Ｄ，３９Ｆのグループ（Ｆ３バーナ）のように分ける。Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナの呼称に併せてパイロットバーナをＦ１バーナと呼称する。部分負荷の際には、Ｆ１バーナまたはＦ１バーナとＦ２バーナで燃焼を行うようにする。メインバーナをＦ２バーナ、Ｆ３バーナと分けた場合には、メインガスマニホールドをＦ２用とＦ３用に分けて構成し、ガス燃料供給系統をそれに合わせて複数に分岐させる。また、Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナをそれぞれ中央部側のＦ２−１バーナ、Ｆ３−１バーナ、外周側をＦ２−２バーナ、Ｆ３−２バーナのように分けてさらに負荷に応じて安定な燃焼が可能なようにしても良い。この場合にもメインマニホールドとガス燃料供給系統をそれに合せて分けて構成する。本実施例は、燃焼器バーナを、Ｆ１バーナ、Ｆ２−１バーナ、Ｆ２−２バーナ、Ｆ３−１バーナ、Ｆ３−２バーナで構成し、Ｆ１バーナが油焚きとガス焚きが可能な構成となっている。

Claims (4)

1. パイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周に配置されたメインバーナから構成され、前記パイロットバーナは油焚きとガス焚きが可能に構成され、前記メインバーナは少なくともガス焚きが可能に構成されたガスタービン燃焼器の運転方法であって、
   前記パイロットバーナでの燃焼を油焚きからガス焚きに切り替えるに際して、
   前記メインバーナにガス燃料を供給してメインバーナでガス焚きを開始し、その後、前記パイロットバーナにガス燃料を供給してパイロットバーナでガス焚きを開始することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
2. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器の運転方法において、
   前記メインバーナにガス燃料を供給してメインバーナでガス焚きを行う過程で前記パイロットバーナのガス焚きを行うバーナに不活性ガスを供給するようしたことを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
3. パイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周に配置されたメインバーナから構成され、前記パイロットバーナは油焚きとガス焚きが可能に構成され、前記メインバーナは少なくともガス焚きが可能に構成され、
   前記パイロットバーナの油燃料ノズルに油燃料を供給する、油燃料流量調整弁を備えた油燃料供給系統と、
   前記パイロットバーナのガス燃料ノズルにガス燃料を供給する、パイロットバーナガス燃料流量調整弁を備えたパイロットバーナガス燃料供給系統と、
   前記メインバーナのガス燃料ノズルにガス燃料を供給する、メインバーナガス燃料流量調整弁を備えたメインバーナガス燃料供給系統と、
   前記油燃料流量調整弁、前記パイロットバーナガス燃料流量調整弁及び前記メインバーナガス燃料流量調整弁にそれらの開度を制御する制御指令を出す制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記パイロットバーナでの燃焼を油焚きからガス焚きに切り替えるに際して、前記油燃料流量調整弁に開度を徐々に閉じる指令を出すと共に、前記メインバーナガス燃料流量調整弁の開度を徐々に開く指令を出し、その後、前記メインバーナガス燃料流量調整弁を開いたまま、前記パイロットバーナガス燃料流量調整弁に徐々に開く指令を出すと共に、前記油燃料流量調整弁に開度を全閉とする指令を出すように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項３に記載のガスタービン燃焼器において、
   前記パイロットバーナのガス燃料ノズルに不活性ガスを供給する、不活性ガス流量調整弁を備えた不活性ガス供給系統を備え、
   前記制御装置は、前記メインバーナガス燃料流量調整弁を開いてメインバーナで火炎が形成されてから前記パイロットバーナガス燃料流量調整弁を開く前に、前記不活性ガス流量調整弁に開く指令を出すことを特徴とするガスタービン燃焼器。