JP2024067366A - Gas Turbine Combustor - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼室において燃焼ガスと空気との混合を良好に行いつつ、燃焼室の内壁を効果的に冷却する。【解決手段】ガスタービン燃焼器は、燃焼室で混合された燃料ガス及び空気をバーナで燃焼可能である。バーナは、第1燃料ガス噴孔、第2燃料ガス噴孔、及び、第1空気噴孔を備える。第1燃料ガス噴孔は、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源に接続された第1燃料ガス供給系統からの燃料ガスを第1燃料ガスとして燃焼室に噴出する。第2燃料ガス噴孔は、第1燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、燃料ガス供給源に接続された第2燃料ガス供給系統からの燃料ガスを第2燃料ガスとして燃焼室に噴出する。第1空気噴孔は、第1燃料ガス噴孔より径方向外側に配置され、空気を燃焼室に噴出する。【選択図】図1[Problem] To effectively cool the inner wall of a combustion chamber while satisfactorily mixing combustion gas and air in the combustion chamber. [Solution] A gas turbine combustor is capable of burning the fuel gas and air mixed in the combustion chamber with a burner. The burner includes a first fuel gas nozzle, a second fuel gas nozzle, and a first air nozzle. The first fuel gas nozzle injects fuel gas from a first fuel gas supply system connected to a fuel gas supply source for supplying fuel gas into the combustion chamber as a first fuel gas. The second fuel gas nozzle is disposed radially inward from the first fuel gas nozzle, and injects fuel gas from a second fuel gas supply system connected to the fuel gas supply source into the combustion chamber as a second fuel gas. The first air nozzle is disposed radially outward from the first fuel gas nozzle, and injects air into the combustion chamber. [Selected Figure] FIG.
Description
本開示は、ガスタービン燃焼器に関する。 This disclosure relates to a gas turbine combustor.
例えば発電プラントにおいて発電機を駆動するためのガスタービンは、燃料ガスと空気とをガスタービン燃焼器で混合・燃焼して生成された燃焼ガスによって駆動される。この種のガスタービン燃焼器で使用される燃料ガスとして、例えば製鉄プラントにおいて製鉄時に生じる高炉ガスのような発熱量が比較的低い、いわゆる低カロリーガスを用いることがある。低カロリーガスは、発熱量の低さから燃焼速度が遅く難燃性ガスであるが、燃焼時のNOx排出量が少ない等のメリットもあることから、その有効利用が検討されている。 For example, a gas turbine for driving a generator in a power generation plant is driven by combustion gas produced by mixing and burning fuel gas and air in a gas turbine combustor. The fuel gas used in this type of gas turbine combustor may be a so-called low-calorie gas with a relatively low calorific value, such as blast furnace gas produced during steelmaking in a steel plant. Low-calorie gas is a flame-retardant gas with a slow burning rate due to its low calorific value, but it also has the advantage of producing less NOx emissions during combustion, and effective use of this gas is being considered.
低カロリーガスのような発熱量が少ない燃料ガスを安定的に燃焼させるために、例えば特許文献1では、高カロリーガスである液化天然ガス(LNG:Liquid Natural Gas)を併用したガスタービン燃焼器が開示されている。この文献では更に、低カロリーガスである燃料ガスを2系統に分け、それぞれ燃焼器の内側スワラと外側スワラに供給するとともに、内側スワラでは、燃焼室に燃料ガスを噴出するための燃料ガス噴孔と、燃焼室に空気を噴出するための空気噴孔とが、周方向に沿って交互に配置された構成が提案されている。 For example, Patent Document 1 discloses a gas turbine combustor that uses liquefied natural gas (LNG), a high-calorie gas, in addition to stably burning low-calorie fuel gas such as low-calorie gas. This document further proposes a configuration in which the low-calorie fuel gas is divided into two systems and supplied to the inner and outer swirlers of the combustor, respectively, and in the inner swirler, fuel gas nozzles for injecting fuel gas into the combustion chamber and air nozzles for injecting air into the combustion chamber are arranged alternately along the circumferential direction.
上記特許文献1では、低カロリーガスを燃焼器の内側スワラと外側スワラにそれぞれ供給するが、空気噴孔は内側スワラのみに設けられている。そのため、内側スワラでは低カロリーガスを空気と良好に混合させることができるが、外側スワラでは空気噴孔が設けられていないため、外側スワラに供給された低カロリーガスを空気と良好に混合させることが難しいおそれがある。 In the above-mentioned Patent Document 1, low-calorie gas is supplied to both the inner and outer swirlers of the combustor, but air nozzles are provided only in the inner swirler. Therefore, while the low-calorie gas can be mixed well with the air in the inner swirler, there is a risk that it may be difficult to mix the low-calorie gas supplied to the outer swirler well with the air because no air nozzles are provided in the outer swirler.
また上記特許文献1の構成では、内側のスワラに空気噴孔が位置するため、空気噴孔からの空気は、燃焼室を構成する内壁から離れた位置に噴出される。そのため、空気噴孔からの空気によって燃焼室を構成する内壁が冷却されにくく、燃焼室の内壁の温度が上昇してしまうおそれがある。 In addition, in the configuration of Patent Document 1, the air nozzle is located in the inner swirler, so the air from the air nozzle is ejected to a position away from the inner wall that constitutes the combustion chamber. As a result, the inner wall that constitutes the combustion chamber is not easily cooled by the air from the air nozzle, and there is a risk that the temperature of the inner wall of the combustion chamber will rise.
本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、燃焼室において燃焼ガスと空気との混合を良好に行いつつ、燃焼室の内壁を効果的に冷却可能なガスタービン燃焼器、及び、ガスタービン燃焼器の制御方法を提供することを目的とする。 At least one embodiment of the present disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a gas turbine combustor that can effectively cool the inner wall of the combustion chamber while satisfactorily mixing the combustion gas and air in the combustion chamber, and a method for controlling the gas turbine combustor.
本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン燃焼器は、上記課題を解決するために、
燃焼室で混合された燃料ガス及び空気を前記燃焼室の上流側に配置されたバーナで燃焼可能なガスタービン燃焼器であって、
前記バーナは、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源に接続された第1燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第1燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第1燃料ガス噴孔と、
前記第1燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、前記燃料ガス供給源に接続された第2燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第2燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第2燃料ガス噴孔と、
前記第1燃料ガス噴孔より径方向外側に配置され、前記空気を前記燃焼室に噴出するための第1空気噴孔と、
を備える。
In order to solve the above problems, a gas turbine combustor according to at least one embodiment of the present disclosure has:
A gas turbine combustor capable of combusting fuel gas and air mixed in a combustion chamber with a burner disposed upstream of the combustion chamber,
The burner is
a first fuel gas nozzle for injecting the fuel gas as a first fuel gas from a first fuel gas supply system connected to a fuel gas supply source for supplying the fuel gas into the combustion chamber;
a second fuel gas nozzle arranged radially inward from the first fuel gas nozzle and configured to inject the fuel gas as a second fuel gas from a second fuel gas supply system connected to the fuel gas supply source into the combustion chamber;
a first air nozzle arranged radially outward from the first fuel gas nozzle and configured to inject the air into the combustion chamber;
Equipped with.
本開示の少なくとも一実施形態によれば、燃焼室において燃焼ガスと空気との混合を良好に行いつつ、燃焼室の内壁を効果的に冷却可能なガスタービン燃焼器、及び、ガスタービン燃焼器の制御方法を提供できる。 At least one embodiment of the present disclosure provides a gas turbine combustor that can effectively cool the inner wall of a combustion chamber while favorably mixing the combustion gas and air in the combustion chamber, and a method for controlling the gas turbine combustor.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Below, several embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the configurations described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention and are merely illustrative examples.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係るガスタービン燃焼器1Aの全体構成図であり、図2は図1のガスタービン燃焼器1Aのバーナ22を軸方向下流側から示す図である。
First Embodiment
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
まず図1に示すように、ガスタービン燃焼器1Aは、燃料ガスGfと空気Gaとを混合して燃焼することにより、ガスタービンを駆動するための燃焼ガスを生成する。ガスタービン燃焼器1Aは、燃料ガスGf及び空気Gaを混合して燃焼するための燃焼室20と、燃焼室20の上流側に設けられたバーナ22とを有する。燃焼室20で混合された燃料ガスGf及び空気Gaは、バーナ22によって着火され、火炎によって燃焼されることで燃焼ガスが生成される。
First, as shown in FIG. 1, the
ガスタービン燃焼器1Aは、燃料ガスGfを供給するための燃料ガス供給系統10を備える。燃料ガスGfは、発熱量が比較的低い、いわゆる低カロリーガスである。本実施形態では、低カロリーガスとして、製鉄プラントにおいて製鉄時に生じる高炉ガス(BFG:Blast Furnace Gas)が用いられるが、石炭ガス化ガス、バイオマスガス等が用いられてもよい。また低カロリーガスは、発熱量が比較的高い高カロリーガスが添加されることにより、その発熱量が調整されていてもよい。高カロリーガスは、例えば、コークス炉ガス(COG:Coke Oven Gas)や液化天然ガス(LNG:Liquid Natural Gas)や都市ガス等であってもよい。
The
燃料ガス供給系統10は、燃料ガスGfを供給可能な燃料ガス供給源12と、燃料ガス供給源12に接続された第1燃料ガス供給系統10a及び第2燃料ガス供給系統10bを備える。第1燃料ガス供給系統10a及び第2燃料ガス供給系統10bは、共通の燃料供給源12を有し、ガスタービン燃焼器1Aの第1燃料系統14a、及び、第2燃料系統14bに対して、それぞれ燃料ガスGfを第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2として供給可能に構成される。
The fuel
図1では、このような燃料ガス供給系統10の一構成例が示されている。具体的に説明すると、燃料ガス供給源12には、燃料ガスメインライン16の一端が接続される。燃料ガスメインライン16の他端は、第1燃料ガス供給系統10aの第1燃料ガス分岐ライン18a、及び、第2燃料ガス供給系統10bの第2燃料ガス分岐ライン18bに分岐する。第1燃料ガス分岐ライン18a及び第2燃料ガス分岐ライン18bは、それぞれガスタービン燃焼器1Aの第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bにそれぞれ接続される。
Figure 1 shows an example of the configuration of such a fuel
第1燃料ガス分岐ライン18a及び第2燃料ガス分岐ライン18bには、それぞれ第1流量調整弁Vr1及び第2流量調整弁Vr2が設けられる。第1流量調整弁Vr1及び第2流量調整弁Vr2は、後述の制御装置100からの制御信号に基づいて開度が制御可能であり、第1燃料ガス供給系統10a及び第2燃料ガス供給系統10bにおける第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2の流量を独立的に調整可能である。
The first fuel
またガスタービン燃焼器1Aは空気Gaを供給するための空気供給系統24を備える。空気Gaは、外部から取り入れられた大気であってもよく、不図示の圧縮機によって大気が圧縮されることで生成された圧縮空気であってもよい。
The
バーナ22は、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bを備える。第1燃料系統14aは、その下流側に第1燃料ガス噴孔24aを有し、第1燃料ガス供給系統10aの第1燃料ガス分岐ライン18aによって供給された第1燃料ガスGf1が燃焼室20に対して噴出可能である。第2燃料系統14bは、その下流側に第2燃料ガス噴孔24bを有し、第2燃料ガス供給系統10bの第2燃料ガス分岐ライン18bによって供給された第2燃料ガスGf2が燃焼室20に対して噴出可能である。
The
図2に示すように、第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bは、それぞれ周方向に沿って連続的に延在する略円筒形状の複数の筒部材23a、23b、23cの間に構成される。筒部材23bは筒部材23aより大きな径を有し、筒部材23cは筒部材23bより大きな径を有する。これらの筒部材23a、23b、23cは互いに同心に配置される。第1燃料ガス噴孔23aは筒部材23b及び23cの間に形成される(すなわち筒部材23bを内筒、筒部材23cを外筒として構成される)。第2燃料ガス噴孔23bは筒部材23a及び23bの間に形成される(すなわち筒部材23aを内筒、筒部材23bを外筒として構成される)。第1燃料ガス噴孔24aは第2燃料ガス噴孔24bの径方向外側に位置する。
As shown in FIG. 2, the first
尚、第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bには、それぞれ燃焼室20に噴出された燃料ガスが旋回流を形成するためのスワラ31a、31bが設けられていてもよい。図2では、スワラ31a、31bの一例として、傾斜した複数の板状部材が周方向に沿って配列され、隣接する板状部材の間に形成される吐出穴から燃料ガスが噴出することで燃焼室20に旋回流が形成されるようになっている。このようなスワラ31cの構成は一例に過ぎず、例えば、燃焼室20に燃料ガスを吐出するための穴の形状は、丸形状、楕円形状、四角形状、環形状等であってもよい。
The first
尚、第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bの流路面積の大小関係は限定されないが、例えば、第1燃料ガス噴孔24aは、第2燃料ガス噴孔24bより大きな流路面積を有してもよい。この場合、第1空気噴孔24cに近い第1燃料ガス噴孔24aから噴出される第1燃料ガスGf1の流量が、第1空気噴孔24cから遠い第2燃料ガス噴孔24bから噴出される第2燃料ガスGf2の流量より多くなり、第1空気噴孔24cから噴出される空気Gaとの混合を促進しやすくできる。
尚、噴孔の流路面積とは、噴口の出口部分(燃焼室20側)の断面積、若しくは、噴孔を構成する内筒及び外筒間のうち最も狭くなる部分における断面積を意味する。
The relationship in size between the flow passage areas of the first
The flow passage area of the nozzle hole means the cross-sectional area of the outlet portion of the nozzle hole (on the
またバーナ22は、空気供給系統24から供給された空気Gaを燃焼室20に噴出するための第1空気噴孔24cを備える。このような第1空気噴孔24cは、第1燃料ガス噴孔24aより径方向外側に設けられる。本実施形態では、第1空気噴孔24cは第1燃料ガス噴孔24aより径方向外側に隣接するように設けられる。これにより、第1燃料ガス噴孔24aと第1空気噴孔24cとの距離が近くなり、第1燃料ガス噴孔24aから噴出される第1燃料ガスGf1と、第1空気噴孔24cから噴出される空気Gaとを、燃焼室20で良好に混合できる。
The
また第1空気噴孔24cが第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bより径方向外側に設けられることにより、第1空気噴孔24cとバーナ22より下流側にある燃焼室20の内壁20aとの距離が小さくなる。そのため、第1空気噴孔24cから噴出される空気によって燃焼室20の内壁20aの冷却を促進でき、燃焼室20を構成する内壁温を効果的に低下できる。
In addition, by providing the
第1空気噴孔24cは、図2に示すように、周方向に沿って連続的に延在する略円筒形状の筒部材23c及び23dの間に構成される(すなわち筒部材23cを内筒、筒部材23dを外筒として構成される)。筒部材23dは筒部材23cより大きな径を有し、これら筒部材23c及び23dは互いに同心に配置される。このように構成される第1空気噴孔24cは第1燃料ガス噴孔24aに対して隣接して径方向外側に設けられる。これにより、構造の複雑化を避けつつ、径方向内側に位置する第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bから噴出される第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2に対して、第1空気噴孔24cから噴出された空気を良好に混合させることができる。特に、第1空気噴孔24cは第1燃料ガス噴孔24aより径方向外側に設けられることで、第1空気噴孔24cと第1燃料ガス噴孔24aとの距離が近くなり、第1燃料ガス噴孔24aから噴出される第1燃料ガスGf1に対して、良好に空気Gaを混合できる。また周方向に沿って連続的に延在する筒部材23c及び23dの間に第1空気噴孔24cを設けることで、燃焼室20を構成する内壁に20a対しても広い範囲において、第1空気噴孔24cから噴出される空気Gaによる冷却が可能となる。
As shown in FIG. 2, the
尚、第1空気噴孔24cには、燃焼室20に噴出された空気が旋回流を形成するためのスワラ31cが設けられていてもよい。図2では、スワラ31cの一例として、傾斜した複数の板状部材が周方向に沿って配列され、隣接する板状部材の間に形成される吐出穴から空気が噴出することで燃焼室20に旋回流が形成されるようになっている。このようなスワラ31cの構成は一例に過ぎず、例えば、燃焼室20に空気を吐出するための穴の形状は、丸形状、楕円形状、四角形状、環形状等であってもよい。
The
上記構成を有するガスタービン燃焼器1Aは、ガスタービン燃焼器1Aのコントロールユニットである制御装置100からの制御信号に基づいて動作可能である。制御装置100は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。尚、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。
The
図3は図1の制御装置100の内部構成を示すブロック図である。制御装置100は、
運転状態取得部102と、制御部104とを備える。
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the
The vehicle driving apparatus includes an operating
運転状態取得部102は、ガスタービン燃焼器1Aの運転状態を取得するための構成である。運転状態取得部102で取得される運転状態には、少なくとも燃料ガスの発熱量C、又は、ガスタービン1の負荷を含む。
The operating
制御部104は、運転状態取得部102で取得された運転状態に含まれる燃料ガスの発熱量C、又は、ガスタービン燃焼器1Aで生成された燃焼ガスが供給されるガスタービンの負荷Lの少なくとも一方に基づいて、燃料ガス供給系統10に設けられた各弁を制御するための構成である。以下、制御部104による各弁の制御方法について具体的に説明する。図4は図1の制御装置100によって実施されるガスタービン燃焼器1Aの制御方法を示すフローチャートであり、図5は図4の燃料ガスGfの発熱量Cに対するノズル差圧ΔP又は燃料流速の振る舞いを示すグラフであり、図6は図4のステップS103における図1のガスタービン燃焼器1Aの動作状態を示す図である。
The
運転状態取得部102は、ガスタービン燃焼器1Aの運転状態を取得する(ステップS100)。ステップS100で取得される運転状態には、前述のように、少なくとも燃料ガスの発熱量C、ノズル差圧ΔP(第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bを含む燃料噴射ノズルにおける差圧)、燃料ガスの流速、又は、ガスタービン燃焼器1Aで生成された燃焼ガスによって駆動されるガスタービン(不図示)の負荷Lの少なくとも1つが含まれる。
The operating
続いて制御部104は、ステップS100で取得した運転状態に基づいて、所定の運転条件を満たすか否かを判定する(ステップS101)。ステップS101では、ステップS100で取得された運転状態に含まれる少なくとも1つのパラメータについて、運転条件として予め設定された閾値を満たすか否かが判定される。本実施形態では、一例として、運転条件に含まれるパラメータの1つである燃料ガスGfの発熱量Cに着目し、ステップS101では、燃料ガスGfの発熱量Cが閾値Cref未満であるか否かが判定される。
Then, the
運転状態が所定の運転条件を満たす場合(ステップS101:YES)、制御部104は、第1燃料ガス噴孔24aに第1燃料ガス供給系統10aから第1燃料ガスGf1が供給されるように第1流量調整弁Vr1を制御するとともに、第2燃料ガス噴孔24bに第2燃料ガス供給系統10bから第2燃料ガスGf2が供給されるように第2流量調整弁Vr2を制御する(ステップS102)。すなわちステップS102では、ガスタービン燃焼器1Aが有する2つの燃料系統の両方(第1燃料系統14a及び第2燃料系統14b)に対して燃料ガスGfが供給されるように、燃料ガス供給系統10の各弁が制御される。
When the operating state satisfies the predetermined operating conditions (step S101: YES), the
このように運転状態が所定の運転条件を満たす場合、ステップS102において、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bには第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2がそれぞれ供給される。この場合、燃料ガスの発熱量Cとノズル差圧ΔP又は燃料流速との関係は、図5のラインK1で示されるように、ノズル差圧ΔP又は燃料流速は燃料ガスGfの発熱量Cが増加するに従って減少するように変化する。このように燃料ガスGfの発熱量Cが比較的小さい場合、燃焼室20に対する燃料ガスGfの供給路におけるノズル差圧ΔP又は燃料流速が増加することで燃焼振動が生じやすくなるが、このように第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bの両方から燃焼室20に燃料ガスGfを噴出することで、燃料ガスGfの流路面積を増加させてノズル差圧ΔP又は燃料流速を抑制し、第2燃焼振動発生領域Bにおける燃焼振動の発生を好適に回避できる。
When the operating state satisfies the predetermined operating conditions in this way, in step S102, the first fuel gas Gf1 and the second fuel gas Gf2 are supplied to the
一方、運転状態が所定の運転条件を満たさない場合(ステップS101:NO)、制御部104は、第1燃料ガス噴孔24aに第1燃料ガス供給系統10aから第1燃料ガスGf1が供給されるように第1流量調整弁Vr1を制御するとともに、第2燃料ガス噴孔24bに第2燃料ガス供給系統10bからの第2燃料ガスGf2の供給が停止されるように第2流量調整弁Vr2を制御する(ステップS103)。すなわちステップS103では、図6に示すように、ガスタービン燃焼器1Aが有する2つの燃焼系統のうち、径方向外側にある第1燃料系統14aのみに対して燃料ガス(第1燃料ガスGf1)が供給されるように、燃料ガス供給系統10の各弁が制御される。
On the other hand, if the operating state does not satisfy the predetermined operating conditions (step S101: NO), the
このように運転状態が所定の運転条件を満たさない場合、ステップS103において、第1燃料系統14aのみに対して第1燃料ガスGf1が供給される。この場合、燃料ガスの発熱量Cとノズル差圧ΔP又は燃料流速との関係は、図5のラインK2で示されるように、ノズル差圧ΔP又は燃料流速は燃料ガスGfの発熱量Cが増加するに従って減少するように変化する点で前述のラインK1と類似するが、第2燃料系統14bに対する第2燃料ガスGf2の供給が停止されることで燃料ガスGfの流路面積が減少することにより、ラインK1に比べて高圧側にシフトする。燃料ガスGfの発熱量が比較的大きい場合、燃焼室20に対する燃料ガスGfの供給路におけるノズル差圧ΔP又は燃料流速が減少して第1燃焼振動発生領域で燃焼振動が生じやすくなるが、このように第1燃料ガス噴孔24aのみから燃焼室20に燃料ガスGfを噴出することで、燃料ガスGfの流路面積を減少させてノズル差圧を増加し、帯域(第1燃焼振動発生領域)における燃焼振動の発生を好適に回避できる。
また、この場合、第1空気噴孔24cに近い第1燃料ガス噴孔24aから燃料ガスの噴出を行うことで、第1燃料ガス噴孔24aからの第1燃料ガスGf1と第1空気噴孔24cからの空気Gaとを好適に混合させ、良好に燃焼させることができる。
When the operating state does not satisfy the predetermined operating condition in this way, in step S103, the first fuel gas Gf1 is supplied only to the
In this case, by ejecting fuel gas from the first
また運転条件として規定される閾値Crefは、発熱量Cが比較的小さいラインK1で示される状態と、発熱量Cが比較的大きいラインK2で示される状態とが、それぞれ第1燃焼振動発生領域A及び第2燃焼振動発生領域Bとを回避し、安全運転領域に収まるように設定される。すなわち燃料ガスの発熱量Cの閾値Crefに対する大小に応じて、図1に示されるように第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bの両方に燃料ガスを供給される状態と、図6に示されるように第1燃料系統14aのみに燃料ガスを供給される状態とを切り替えることで、第1燃焼振動発生領域A及び第1燃焼振動発生領域Aとは異なる第2燃焼振動発生領域Bを好適に回避し、ガスタービン燃焼器1Aの運転状態を燃焼振動が発生しない安定した状態に維持できる。
The threshold Cref, which is defined as an operating condition, is set so that the state indicated by the line K1 where the heat generation amount C is relatively small and the state indicated by the line K2 where the heat generation amount C is relatively large avoid the first combustion oscillation generation region A and the second combustion oscillation generation region B, respectively, and fall within the safe operating region. In other words, by switching between a state in which fuel gas is supplied to both the
このように上記制御により、燃料ガスGfが有する発熱量が変動する場合においても、燃料ガスGfの発熱量Cに基づいて、燃料ガスGfの供給先として、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bを切り替えるように選択することで、広範囲の発熱量Cを有する燃料ガスGfに対して、燃焼振動を適切に回避可能なガスタービン燃焼器1Aの制御が可能となる。
In this way, even if the heat value of the fuel gas Gf fluctuates, the
上記実施形態では、ステップS101で判定対象となるパラメータとして燃料ガスGfの発熱量Cを用いたが、これに代えて、ステップS100で取得した運転状態に含まれる他のパラメータであるノズル差圧ΔPを用いてもよい。この場合、ステップS101では、ノズル差圧ΔPが予め設定されたノズル差圧ΔPに対応する閾値以上であるか否かが判定される。ノズル差圧ΔPが閾値以上である場合(ステップS101:YES)、ステップS102が実施されることにより、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bには第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2がそれぞれ供給される。これにより、燃料ガスGfの燃料ガスGfの流路面積を増加させてノズル差圧ΔPを抑制し、第2燃焼振動発生領域Bにおける燃焼振動の発生を好適に回避できる。一方、ノズル差圧ΔPが閾値未満である場合(ステップS100:NO)、ステップS103が実施されることにより、第1燃料系統14aのみに対して第1燃料ガスGf1が供給される。これにより、燃料ガスGfの流路面積を減少させてノズル差圧ΔPを増加し、第1燃焼振動発生領域Aにおける燃焼振動の発生を好適に回避できる。
In the above embodiment, the heat generation amount C of the fuel gas Gf is used as the parameter to be determined in step S101, but instead of this, the nozzle differential pressure ΔP, which is another parameter included in the operating state acquired in step S100, may be used. In this case, in step S101, it is determined whether the nozzle differential pressure ΔP is equal to or greater than a threshold value corresponding to the preset nozzle differential pressure ΔP. If the nozzle differential pressure ΔP is equal to or greater than the threshold value (step S101: YES), step S102 is performed to supply the first fuel gas Gf1 and the second fuel gas Gf2 to the
また他の実施形態では、運転状態に含まれるパラメータとして燃料ガスGfの流速を用いてもよい。燃料ガスGfの流速は、ノズル孔からの吐出位置における流速である。この場合、ステップS101では燃料ガスGfの流速が予め設定された流速に対応する閾値以上であるか否かが判定される。燃料ガスGfの流速が閾値以上である場合(ステップS101:YES)、ステップS102が実施されることにより、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bには第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2がそれぞれ供給される。これにより、燃料ガスGfの燃料ガスGfの流路面積を増加させてノズル差圧を抑制し、第2燃焼振動発生領域Bにおける燃焼振動の発生を好適に回避できる。一方、燃料ガスGの流速が閾値未満である場合(ステップS101:NO)、ステップS103が実施されることにより、第1燃料系統14aのみに対して第1燃料ガスGf1が供給される。これにより、燃料ガスGfの流路面積を減少させてノズル差圧を増加し、第1燃焼振動発生領域Aにおける燃焼振動の発生を好適に回避できる。
In another embodiment, the flow rate of the fuel gas Gf may be used as a parameter included in the operating state. The flow rate of the fuel gas Gf is the flow rate at the discharge position from the nozzle hole. In this case, in step S101, it is determined whether the flow rate of the fuel gas Gf is equal to or greater than a threshold value corresponding to a preset flow rate. If the flow rate of the fuel gas Gf is equal to or greater than the threshold value (step S101: YES), step S102 is performed to supply the first fuel gas Gf1 and the second fuel gas Gf2 to the
(第2実施形態)
続いて第2実施形態に係るガスタービン燃焼器1Bについて説明する。図7は第2実施形態に係るガスタービン燃焼器1Bの全体構成図であり、図8は図7のガスタービン燃焼器1Bのバーナ22を軸方向下流側から示す図である。
尚、以下の説明では、ガスタービン燃焼器1Bのうち前述のガスタービン燃焼器1Aに対応する構成には共通する符号を付し、特段の記載がない限りにおいて、重複する記載は適宜省略する。
Second Embodiment
Next, a
In the following description, components of the
ガスタービン燃焼器1Bは、第3燃料ガスGf3を供給するための第3燃料ガス供給系統10cを更に備える。第3燃料ガスGf3は、前述の燃料ガスGf(第1燃料ガスGf1又は第2燃料ガスGf2)より高い発熱量を有し、例えば、液化天然ガス(LNG:Liquid Natural Gas)である。第3燃料ガス供給系統10cは、第3燃料ガスGf3を供給可能な第3燃料ガス供給源33から、ガスタービン燃焼器1Bの第3燃料系統14cに対して第3燃料ガスGf3を供給可能に構成される。
The
図7に示す構成例では、第3燃料ガス供給系統10cは、第3燃料ガス供給源33と第3燃料系統14cとを接続する第3燃料ガス供給ライン34と、第3燃料ガス供給ライン34上に設けられた第3流量調整弁Vr3とを有する。第3流量調整弁Vr3は制御装置100からの制御信号に基づいて開度が制御可能であり、第3燃料ガス供給ライン34における第3燃料ガスGf3の流量を調整可能である。
In the configuration example shown in FIG. 7, the third fuel gas supply system 10c has a third fuel
バーナ22は、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bに加え、第3燃料系統14cを備える。第3燃料系統14cは、その下流側に第3燃料ガス噴孔24dを有し、第3燃料ガス供給系統10cの第3燃料ガス供給ライン34によって供給された第3燃料ガスGf3が燃焼室20に対して噴出可能である。第3燃料ガス噴孔24dは、第2燃料ガス噴孔24bより径方向内側に配置され、例えばガスタービン燃焼器1Bを始動する際に、第3燃料ガス噴孔24dから第3燃料ガスGf3を噴出させることで、発熱量が低い燃料ガスを取り扱うガスタービン燃焼器1Bにおいて、始動時の着火性を効果的に向上できる。
The
図8に示すように、第3燃料ガス噴孔24dは、それぞれ周方向に沿って連続的に延在する略円筒形状の筒部材23eによって構成される(すなわち第3燃料ガス噴孔24dは筒部材23eを外筒として構成される)。第3燃料ガス噴孔24dは、前述の第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bと互いに同心に設けられ、第2燃料ガス噴孔24bの径方向内側に位置する。
尚、図8では図示を省略しているが、第3燃料ガス噴孔24dにもスワラが設けられてもよい。
8, each of the third
Although not shown in FIG. 8, a swirler may also be provided in the third fuel
またバーナ22は、図7に示すように、空気供給系統24から供給された空気Gaを燃焼室20に噴出するための第2空気噴孔24eを備える。このような第2空気噴孔24eは、第2燃料ガス噴孔24bより径方向内側、且つ、第3燃料ガス噴孔24dより径方向外側に設けられる(言い換えると、図8に示すように、第2空気噴孔24eは、軸方向から見て、第2燃料ガス噴孔24b及び第3燃料ガス噴孔24dの間に設けられる)。第2燃料ガス噴孔24bより径方向内側に設けられる第3燃料ガス噴孔24dは、第1燃料ガス噴孔24aより径方向外側に設けられた第1空気噴孔24cと距離が離れているため、第3燃料ガス噴孔24dからの第3燃料ガスGf3は第1空気噴孔24cからの空気と混合しにくいが、第2燃料ガス噴孔24bと第3燃料ガス噴孔24dとの間に第2空気噴孔24eを設けることで、第3燃料ガス噴孔24dからの第3燃料ガスGf3を第2空気噴孔24eからの空気と良好に混合できる。これにより、例えばガスタービン燃焼器1Bの始動時に第3燃料ガス噴孔24dから第3燃料ガスGf3を噴出させる際に、第3燃料ガスGf3を効果的に燃焼できる。
7, the
また第2空気噴孔24eもまた、図8に示すように、周方向に沿って連続的に延在する略円筒形状の筒部材23a、23eの間に構成される(すなわち筒部材23aを外筒、筒部材23eを内筒とした空間として形成される)。これにより、第2空気噴孔24eから噴出される空気Gaは、燃焼室20において全周にわたって第3燃料ガスGf3と混合される。また第2空気噴孔24eは、前述の第1燃料ガス噴孔24a、第2燃料ガス噴孔24b、及び、第1空気噴孔24cと同様に、周方向に沿って連続的に形成された筒部材によって構成される。
尚、図8では図示を省略しているが、第2空気噴孔24eにもスワラが設けられてもよい。
8, the
Although not shown in FIG. 8, a swirler may also be provided in the
尚、本実施形態では、第1空気噴孔24c及び第2空気噴孔24eには共通の空気供給源(外気)から空気が供給されるように構成されるが、互いに異なる空気供給源から空気が供給されてもよい。
In this embodiment, the
上記構成を有するガスタービン燃焼器1Bは、制御装置100からの制御信号に基づいて動作可能である。制御装置100は、制御対象が前述のガスタービン燃焼器1Aである場合と同様に運転状態取得部102及び制御部104を備えるが(図3を参照)、制御部104の制御対象に、第3流量調整弁Vr3が更に含まれる点で異なる。
The
図9は図7の制御装置100によって実施されるガスタービン燃焼器1Bの始動方法を示すフローチャートであり、図10は図9の始動方法によって始動されるガスタービンの負荷Lに対するノズル差圧ΔPの振る舞いを示すグラフである。
Figure 9 is a flowchart showing a method for starting up a
まず停止状態にあるガスタービン燃焼器1Bが起動したか否かが判定される(ステップS200)。ガスタービン燃焼器1Bが起動すると(ステップS200:YES)、運転状態取得部102は、ガスタービン燃焼器1Bの運転状態を取得する(ステップS201)。ステップS201で取得される運転状態には、ガスタービン燃焼器1Bで生成された燃焼ガスによって駆動されるガスタービン(不図示)の負荷Lが含まれる。
First, it is determined whether the
続いて制御部104は、第3燃料ガス噴孔24dに第3燃料ガスGf3が供給されるように第3流量調整弁Vr3を制御するとともに、第1燃料ガス噴孔24a及び第2燃料ガス噴孔24bに第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2の供給を停止するように第1流量調整弁Vr1及び第2流量調整弁Vr2を制御する(ステップS202)。これによりステップS202では、燃焼室20に第3燃料ガスGf3が供給される。第3燃料ガスGf3は、燃料ガスGf(第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2)に比べて発熱量が高いため着火性がよく、始動直後のバーナ22においても良好に燃焼可能である。
Then, the
このようにガスタービン燃焼器1Bの始動初期(L<L1)では、燃焼室20に第3燃料ガスGf3が供給されながら、次第にガスタービンの負荷Lが増加する。このとき、図10に示すように、ガスタービンの負荷Lが増加するにしたがって、第3燃料ガスGf3の供給量が増加することにより、第3燃料系統14cにおけるノズル差圧ΔPが次第に増加する。
In this way, in the early stage of startup of the
続いて制御部104は、ガスタービンの負荷Lが第1負荷値L1以上であるか否かを判定する(ステップS203)。負荷Lが第1負荷値L1未満である場合(ステップS203:NO)、処理がステップS202に戻されることで、燃焼室20に第3燃料ガスGf3のみが供給されながら負荷Lが増加させられる。一方、負荷Lが第1負荷値L1以上になると(ステップS203:YES)、制御部104は、第1燃料ガス噴孔24aに第1燃料ガスGf1が供給されるように第1流量調整弁Vr1を制御する(ステップS204)。これにより、ステップS204では、燃焼室20に第1燃料ガスGf1の供給が開始される。第1燃料ガスGf1は着火性が低いが、ステップS202で供給開始された着火性のよい第3燃料ガスGf3と混合されることで、第1燃料ガスGf1は燃焼室20において第3燃料ガスGf3とともに良好に燃焼される。このようにガスタービンの負荷Lが第1負荷値L1以上になると、第1燃料ガスGf1の供給が行われることにより、図10に示すように、第1燃料系統14aのノズル差圧ΔPが次第に増加する。
Next, the
続いて制御部104は、ガスタービンの負荷Lが第2負荷値L2以上であるか否かを判定する(ステップS205)。負荷Lが第2負荷値L2未満である場合(ステップS205:NO)、処理がステップS204に戻される。一方、負荷Lが第2負荷値L2以上になると(ステップS205:YES)、制御部104は、第1燃料ガス噴孔24aに第1燃料ガスGf1が供給されるように第1流量調整弁Vr1を制御するとともに、第2燃料ガス噴孔24bに第2燃料ガスGf2が供給されるように第2流量調整弁Vr2を制御する(ステップS206)。ステップS206では、燃焼室20には第1燃料ガスGf1に加えて第2燃料ガスGf2が供給されることで、燃焼室20において発熱量が低い燃料ガスGfの燃焼が促進される。このようにガスタービンの負荷Lが第2負荷値L2以上になると、第1燃料ガスGf1に加えて第2燃料ガスGf2の供給が行われることで燃料ガスの流路面積が増加することにより、図10に示すように、第1燃料系統14aのノズル差圧ΔPが低圧側にシフトするとともに、第2燃料系統14bのノズル差圧ΔPが次第に増加する。
Next, the
尚、第2負荷値L2は、前述のガスタービン燃焼器1Aと同様に、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bのノズル差圧ΔPが、それぞれ第1燃焼振動発生領域A及び第2燃焼振動発生領域Bを回避するように設定されてもよい。本実施形態では、図10に示すように、負荷Lが第2負荷値L2未満の場合には燃焼室20に対して第1燃料ガスGf1が供給され、第2燃料ガスGf2が停止された状態にあるため、燃料ガスGfの流路面積が小さいため、第1燃料系統14aのノズル差圧ΔPが比較的高くなっている。一方で、負荷Lが第2負荷値L2以上の場合には燃焼室20に対して第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2が供給されることで、燃料ガスGfの流路面積が大きくなり、第1燃料系統14aのノズル差圧ΔPが低圧側にシフトする振る舞いとなり、第2燃焼振動発生領域Bが回避されるとともに、第2燃料系統14bのノズル差圧が第1燃焼振動発生領域Aを回避する立ち上がりとなっている。このように第2負荷値L2を設定することにより、第1燃料系統14a及び第2燃料系統14bノズル差圧がそれぞれ第1燃焼振動発生領域A及び第2燃焼振動発生領域Bを回避しながら、ガスタービン燃焼器1Bの始動が可能である。
The second load value L2 may be set so that the nozzle differential pressure ΔP of the
尚、図10では、ステップS202で供給が開始される第3燃料ガスGf3は、ガスタービン燃焼器1Bの始動後は継続的に供給され続ける場合が例示されているが、燃焼室20で発熱量が低い燃料ガスGfの燃焼が安定的に実施可能になった後は第3燃料ガスGf3の供給を停止してもよい。第3燃料ガスGf3は、前述のように燃焼室20における着火性を向上するために供給されるため、発熱量が低い燃料ガスGfの燃焼が可能になった場合には、第3燃料ガスGf3の供給を停止することで余分な第3燃料ガスGf3の消費を抑えることができる。
In addition, in FIG. 10, the third fuel gas Gf3, which is started to be supplied in step S202, is continuously supplied after the start of the
また制御部104は、ガスタービンの負荷Lが第3負荷値L3以上である場合に、第3燃料ガスGf3の供給を停止するように第3流量調整弁Vr3を制御してもよい。第3負荷値L3は、第1負荷値L1より大きく設定されることで、次第に増加するように変化する負荷Lに対して、少なくとも第1燃料ガスGf1の供給が開始された後に、第3燃料ガスGf3の供給が停止される。
The
幾つかの態様では、この第3負荷値L3は、第1負荷値L1より大きく、且つ、第2負荷値L2より小さく設定されてもよい。この場合、第3燃料ガスGf3の供給は、第1燃料ガスGf1が供給された後であって、第2燃料ガスGf2の供給が開始される前に停止される。これにより、第1燃料ガスGf1の供給が開始された後に、早いタイミングで第3燃料ガスGf3の供給が停止されるため、第3燃料ガスGf3の消費量を抑えながら、ガスタービン燃焼器1Bの始動を行うことができる。
In some aspects, the third load value L3 may be set to be greater than the first load value L1 and less than the second load value L2. In this case, the supply of the third fuel gas Gf3 is stopped after the first fuel gas Gf1 is supplied and before the supply of the second fuel gas Gf2 is started. As a result, the supply of the third fuel gas Gf3 is stopped at an early timing after the supply of the first fuel gas Gf1 is started, so that the
また幾つかの態様では、この第3負荷値L3は、第2負荷値L2より大きく設定されてもよい。この場合、第3燃料ガスGf3の供給は、第1燃料ガスGf1の供給が開始され、更に第2燃料ガスGf2の供給が開始された後に停止される。これにより、第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2の両方の供給が開始された後に、第3燃料ガスGf3の供給が停止されるため、燃料ガスGfの燃焼をより安定的に行うことができ、より的確なガスタービン燃焼器1Bの始動を行うことができる。
In some embodiments, the third load value L3 may be set to be greater than the second load value L2. In this case, the supply of the third fuel gas Gf3 is stopped after the supply of the first fuel gas Gf1 is started and then the supply of the second fuel gas Gf2 is started. As a result, the supply of the third fuel gas Gf3 is stopped after the supply of both the first fuel gas Gf1 and the second fuel gas Gf2 is started, so that the combustion of the fuel gas Gf can be performed more stably and the
このように燃焼室20に対して第1燃料ガスGf1及び第2燃料ガスGf2が供給される状態になると、制御部104は通常運転に移行し(ステップS207)、一連の始動制御が完了する。
When the first fuel gas Gf1 and the second fuel gas Gf2 are supplied to the
以上説明したように上記各実施形態によれば、ガスタービン燃焼器1Bの始動時には、ガスタービンの負荷Lが増加するに従って、燃焼室20に対して第1燃料ガスGf1、第2燃料ガスGf2及び第3燃料ガスGf3を所定の順に供給することで、発熱量が高い第3燃料ガスGf3によって着火性を改善しつつ、発熱量が低い燃料ガスの燃焼を良好に行い、ガスタービン燃焼器1Bを適切に始動できる。
As described above, according to each of the above embodiments, when starting up the
その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the components in the above-described embodiments may be replaced with well-known components as appropriate without departing from the spirit of this disclosure, and the above-described embodiments may be combined as appropriate.
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。 The contents described in each of the above embodiments can be understood, for example, as follows:
(1)一態様に係るガスタービン燃焼器は、
燃焼室で混合された燃料ガス及び空気を前記燃焼室の上流側に配置されたバーナで燃焼可能なガスタービン燃焼器であって、
前記バーナは、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源に接続された第1燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第1燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第1燃料ガス噴孔と、
前記第1燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、前記燃料ガス供給源に接続された第2燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第2燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第2燃料ガス噴孔と、
前記第1燃料ガス噴孔より径方向外側に配置され、前記空気を前記燃焼室に噴出するための第1空気噴孔と、
を備える。
(1) A gas turbine combustor according to one aspect includes:
A gas turbine combustor capable of combusting fuel gas and air mixed in a combustion chamber with a burner disposed upstream of the combustion chamber,
The burner is
a first fuel gas nozzle for injecting the fuel gas as a first fuel gas from a first fuel gas supply system connected to a fuel gas supply source for supplying the fuel gas into the combustion chamber;
a second fuel gas nozzle arranged radially inward from the first fuel gas nozzle and configured to inject the fuel gas as a second fuel gas from a second fuel gas supply system connected to the fuel gas supply source into the combustion chamber;
a first air nozzle arranged radially outward from the first fuel gas nozzle and configured to inject the air into the combustion chamber;
Equipped with.
上記(1)の態様によれば、燃焼室に空気を噴出するための第1空気噴孔が、燃焼室に燃料ガスを噴出するための第1燃料ガス噴孔及び第2燃料ガス噴孔より径方向外側に設けられる。これにより、燃料ガスと空気噴孔とが周方向に沿って交互に設けられる場合に比べて、第2燃料ガス噴孔より径方向外側にある第1燃料ガス噴孔から噴出される第1燃料ガスに対して、第1空気噴孔から噴出される空気を良好に混合できる。また第1空気噴孔が第1燃料ガス噴孔及び第2燃料ガス噴孔より径方向外側に設けられることにより、第1空気噴孔とバーナより下流側にある燃焼室の内壁との距離が小さくなるため、第1空気噴孔から噴出される空気によって燃焼室の内壁の冷却を促進でき、燃焼室を構成する内壁温度を効果的に低下できる。
尚、第1燃料ガス及び第2燃料ガスは、燃料ガス供給源から各燃料ガス供給系統を介してそれぞれ供給される同じ燃料ガスである。
According to the above aspect (1), the first air nozzle for injecting air into the combustion chamber is provided radially outward from the first fuel gas nozzle and the second fuel gas nozzle for injecting fuel gas into the combustion chamber. This allows the air injected from the first air nozzle to be mixed well with the first fuel gas injected from the first fuel gas nozzle radially outward from the second fuel gas nozzle, compared to a case in which the fuel gas and the air nozzle are provided alternately along the circumferential direction. Furthermore, by providing the first air nozzle radially outward from the first fuel gas nozzle and the second fuel gas nozzle, the distance between the first air nozzle and the inner wall of the combustion chamber downstream of the burner is reduced, so that the cooling of the inner wall of the combustion chamber can be promoted by the air injected from the first air nozzle, and the temperature of the inner wall constituting the combustion chamber can be effectively reduced.
The first fuel gas and the second fuel gas are the same fuel gas supplied from a fuel gas supply source via each fuel gas supply system.
(2)他の態様では、上記(1)の態様において、
前記第1燃料ガス噴孔及び前記第2燃料ガス噴孔には、共通の前記燃料ガス供給源から分岐した前記第1燃料ガス供給系統及び前記第2燃料ガス供給系統がそれぞれ接続される。
(2) In another embodiment, in the above embodiment (1),
The first fuel gas nozzle hole and the second fuel gas nozzle hole are connected to the first fuel gas supply system and the second fuel gas supply system, which are branched off from the common fuel gas supply source, respectively.
上記(2)の態様によれば、共通の燃料ガス供給源からの燃料ガスは、燃料ガス供給源から分岐した第1燃料ガス供給系統及び第2燃料ガス供給系統によって、第1燃料ガス及び第2燃料ガスとして、それぞれ第1燃料ガス噴孔及び第2燃料ガス噴孔に供給される。 According to the above aspect (2), the fuel gas from the common fuel gas supply source is supplied to the first fuel gas nozzle and the second fuel gas nozzle as the first fuel gas and the second fuel gas, respectively, by the first fuel gas supply system and the second fuel gas supply system branching off from the fuel gas supply source.
(3)他の態様では、上記(1)又は(2)の態様において、
前記第1燃料ガス供給系統における前記第1燃料ガスの流路面積、又は、前記第2燃料ガス供給系統における前記第2燃料ガスの流路面積の少なくとも一方を調整可能である。
(3) In another aspect, in the above (1) or (2),
At least one of a flow passage area of the first fuel gas in the first fuel gas supply system and a flow passage area of the second fuel gas in the second fuel gas supply system is adjustable.
上記(3)の態様によれば、各燃料ガス供給系統に燃料ガスの流路面積を調整することで、各燃料ガス噴孔から噴出される燃料ガスのノズル差圧を変化させ、燃焼振動の発生を好適に回避することができる。 According to the above aspect (3), by adjusting the flow path area of the fuel gas in each fuel gas supply system, the nozzle differential pressure of the fuel gas ejected from each fuel gas nozzle hole can be changed, and the occurrence of combustion oscillation can be suitably avoided.
(4)他の態様では、上記(1)から(3)のいずれか一態様において、
前記第1燃料ガス供給系統は、
前記燃料ガス供給源に接続された燃料ガスメインラインから分岐する第1燃料ガス分岐ラインと、
前記第1燃料ガス分岐ラインに設けられた第1流量調整弁と、
を有し、
前記第2燃料ガス供給系統は、
前記燃料ガスメインラインから分岐する第2燃料ガス分岐ラインと、
前記第2燃料ガス分岐ラインに設けられた第2流量調整弁と、
を有し、
前記第1流量調整弁、又は、前記第2流量調整弁の開度を独立的に調整可能である。
(4) In another aspect, in any one of the above (1) to (3),
The first fuel gas supply system includes:
a first fuel gas branch line branching off from a fuel gas main line connected to the fuel gas supply source;
a first flow rate control valve provided in the first fuel gas branch line;
having
The second fuel gas supply system includes:
a second fuel gas branch line branching off from the fuel gas main line;
a second flow rate control valve provided in the second fuel gas branch line;
having
The opening degree of the first flow rate adjustment valve or the second flow rate adjustment valve can be adjusted independently.
上記(4)の態様によれば、各燃料ガス供給系統において燃料ガスが流れるラインに設けられた流量調整弁の開度が独立的に調整可能に構成される。これにより、各燃料ガス供給系統における流量調整弁の開度調整によって、各燃料ガス供給系統における燃料ガスの流路面積の調整が可能となる。 According to the above aspect (4), the opening degree of the flow control valve provided in the line through which the fuel gas flows in each fuel gas supply system is configured to be independently adjustable. This makes it possible to adjust the flow path area of the fuel gas in each fuel gas supply system by adjusting the opening degree of the flow control valve in each fuel gas supply system.
(5)他の態様では、上記(4)の態様において、
前記第1燃料ガス噴孔及び前記第2燃料ガス噴孔に前記第1燃料ガス及び前記第2燃料ガスをそれぞれ供給するように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度が調整される状態と、前記第1燃料ガス噴孔に前記第1燃料ガスを供給するとともに前記第2燃料噴孔に対する前記第2燃料ガスの供給を停止するように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁の開度が調整される状態とを切替可能である。
(5) In another embodiment, in the above embodiment (4),
The system is capable of switching between a state in which the openings of the first flow control valve and the second flow control valve are adjusted so as to supply the first fuel gas and the second fuel gas to the first fuel gas hole and the second fuel gas hole, respectively, and a state in which the openings of the first flow control valve and the second flow control valve are adjusted so as to supply the first fuel gas to the first fuel gas hole and stop the supply of the second fuel gas to the second fuel hole.
上記(5)の態様によれば、第1流量調整弁及び第2流量調整弁の開度を独立的に調整することで、第1燃料ガス噴孔及び第2燃料ガス噴孔に第1燃料ガス及び第2燃料ガスをそれぞれ供給する状態と、第1燃料ガス噴孔に第1燃料ガスを供給するとともに第2燃料噴孔に対する第2燃料ガスの供給を停止する状態とを切替可能である。 According to the above aspect (5), by independently adjusting the opening degree of the first flow rate adjustment valve and the second flow rate adjustment valve, it is possible to switch between a state in which the first fuel gas and the second fuel gas are supplied to the first fuel gas nozzle and the second fuel gas nozzle, respectively, and a state in which the first fuel gas is supplied to the first fuel gas nozzle and the supply of the second fuel gas to the second fuel nozzle is stopped.
(6)他の態様では、上記(1)から(5)のいずれか一態様において、
前記第1空気噴孔は周方向に沿って連続的に延在する複数の筒部材の間に形成される。
(6) In another aspect, in any one of the above (1) to (5),
The first air nozzle holes are formed between a plurality of cylindrical members which extend continuously in the circumferential direction.
上記(6)の態様によれば、第1空気噴孔は、周方向に沿って連続的に延在する複数の筒部材の間にある空間として構成される。これにより、構造の複雑化を避けつつ、径方向内側に位置する燃料ガス噴孔から噴出される燃料ガスに対して、第1空気噴孔から噴出された空気を良好に混合させることができる。特に、第1空気噴孔は第1燃料ガス噴孔より径方向外側に設けられることで、第1空気噴孔と第1燃料ガス噴孔との距離が近くなり、第1燃料ガス噴孔から噴出される第1燃料ガスに対して、良好に空気を混合できる。また周方向に沿って連続的に延在するように第1空気噴孔を設けることで、燃焼室を構成する内壁に対しても広い範囲において、第1空気噴孔から噴出される空気による冷却が可能となる。 According to the above aspect (6), the first air nozzle is configured as a space between a plurality of cylindrical members that extend continuously along the circumferential direction. This makes it possible to effectively mix the air ejected from the first air nozzle with the fuel gas ejected from the fuel gas nozzle located radially inward, while avoiding a complicated structure. In particular, by providing the first air nozzle radially outward from the first fuel gas nozzle, the distance between the first air nozzle and the first fuel gas nozzle is shortened, and the air can be effectively mixed with the first fuel gas ejected from the first fuel gas nozzle. In addition, by providing the first air nozzle so as to extend continuously along the circumferential direction, it is possible to cool a wide range of the inner wall that constitutes the combustion chamber with the air ejected from the first air nozzle.
(7)他の態様では、上記(6)の態様において、
前記第1空気噴孔は、前記第1空気噴孔から噴出される前記空気を旋回させるためのスワラが周方向に沿って設けられる。
(7) In another embodiment, in the above embodiment (6),
The first air nozzle has a swirler provided along a circumferential direction for swirling the air ejected from the first air nozzle.
上記(7)の構成によれば、周方向に連続的に延在する複数の筒部材の間に形成された第1空気噴孔に対してスワラが周方向に沿って設けられる。これにより、第1空気噴孔からの空気がスワラによって整流され、下流側の燃焼室において燃料ガスと好適に混合させたり、燃焼室の内壁との熱交換を促進して燃焼室を構成する内壁を好適に冷却できる。 According to the above configuration (7), a swirler is provided along the circumferential direction for the first air nozzle formed between a plurality of cylindrical members that extend continuously in the circumferential direction. This allows the air from the first air nozzle to be rectified by the swirler, and allows the air to be mixed favorably with the fuel gas in the downstream combustion chamber, and promotes heat exchange with the inner wall of the combustion chamber, thereby favorably cooling the inner wall that constitutes the combustion chamber.
(8)他の態様では、上記(1)から(7)のいずれか一態様において、
前記第1燃料ガス噴孔は、前記第2燃料ガス噴孔より大きな流路面積を有する。
(8) In another aspect, in any one of the above (1) to (7),
The first fuel gas hole has a larger flow passage area than the second fuel gas hole.
上記(8)の構成によれば、径方向外側に設けられる第1燃料ガス噴孔の流路面積が、径方向内側に設けられる第2燃料ガス噴孔の流路面積より大きく構成される。これにより、第1空気噴孔に近い第1燃料ガス噴孔から噴出される燃料ガスの流量が多くなり、第1空気噴孔から噴出される空気との混合を促進しやすくできる。 According to the above configuration (8), the flow area of the first fuel gas nozzle provided on the radially outer side is configured to be larger than the flow area of the second fuel gas nozzle provided on the radially inner side. This increases the flow rate of the fuel gas ejected from the first fuel gas nozzle close to the first air nozzle, making it easier to promote mixing with the air ejected from the first air nozzle.
(9)他の態様では、上記(1)から(8)のいずれか一態様において、
前記第2燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、前記燃料ガスより発熱量が高い第3燃料ガスを噴出するための第3燃料ガス噴孔を更に備える。
(9) In another aspect, in any one of the above (1) to (8),
The nozzle further includes a third fuel gas hole that is disposed radially inward of the second fuel gas hole and that ejects a third fuel gas having a higher heat value than the fuel gas.
上記(9)の態様によれば、第1燃料ガス噴孔や第2燃料ガス噴孔から噴出可能な燃料ガスより発熱量が高い第3燃料ガスを噴出可能な第3燃料ガス噴孔が設けられる。第3燃料ガス噴孔は、第2燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、例えばガスタービン燃焼器を始動する際に、第3燃料ガス噴孔から第3燃料ガスを噴出させることで、発熱量が低い燃料ガスを取り扱うガスタービン燃焼器において、始動時の着火性を効果的に向上できる。 According to the above aspect (9), a third fuel gas nozzle is provided that can eject a third fuel gas having a higher heat value than the fuel gas that can be ejected from the first fuel gas nozzle and the second fuel gas nozzle. The third fuel gas nozzle is disposed radially inward from the second fuel gas nozzle, and for example, when starting up a gas turbine combustor, the third fuel gas is ejected from the third fuel gas nozzle, thereby effectively improving ignition performance at the time of startup in a gas turbine combustor that handles a fuel gas with a low heat value.
(10)他の態様では、上記(9)の態様において、
前記第2燃料ガス噴孔と前記第3燃料ガス噴孔との間に配置され、前記空気を噴出するための第2空気噴孔を更に備える。
(10) In another embodiment, in the above embodiment (9),
The fuel cell further includes a second air nozzle arranged between the second fuel gas nozzle and the third fuel gas nozzle for ejecting the air.
上記(10)の態様によれば、第2燃料ガス噴孔と第3燃料ガス噴孔との間に、空気を噴出するための第2空気噴孔が設けられる。第2燃料ガス噴孔より径方向内側に設けられる第3燃料ガス噴孔は、第1燃料ガス噴孔より径方向外側に設けられた第1空気噴孔と距離が離れているため、第3燃料ガス噴孔からの第3燃料ガスは第1空気噴孔からの空気と混合しにくいが、第2燃料ガス噴孔と第3燃料ガス噴孔との間に第2空気噴孔を設けることで、第3燃料ガス噴孔からの第3燃料ガスを第2空気噴孔からの空気と良好に混合できる。これにより、例えばガスタービン燃焼器の始動時に第3燃料ガス噴孔から第3燃料ガスを噴出させる際に、第3燃料ガスを効果的に燃焼できる。 According to the above aspect (10), a second air nozzle for ejecting air is provided between the second fuel gas nozzle and the third fuel gas nozzle. The third fuel gas nozzle provided radially inward from the second fuel gas nozzle is distant from the first air nozzle provided radially outward from the first fuel gas nozzle, so the third fuel gas from the third fuel gas nozzle is difficult to mix with the air from the first air nozzle. However, by providing the second air nozzle between the second fuel gas nozzle and the third fuel gas nozzle, the third fuel gas from the third fuel gas nozzle can be well mixed with the air from the second air nozzle. This allows the third fuel gas to be effectively combusted when ejecting the third fuel gas from the third fuel gas nozzle at the start of a gas turbine combustor, for example.
(11)他の態様では、上記(10)の態様において、
前記第2空気噴孔は周方向に沿って連続的に延在する複数の筒部材の間に形成される。
(11) In another embodiment, in the above embodiment (10),
The second air nozzle holes are formed between a plurality of cylindrical members which extend continuously in the circumferential direction.
上記(9)の態様によれば、第2空気噴孔は、周方向に沿って連続的に延在する複数の筒部材の間にある空間として構成される。これにより、構造の複雑化を避けつつ、径方向内側に位置する第3燃料ガス噴孔から噴出される燃料ガスに対して、第2空気噴孔から噴出された空気を良好に混合させることができる。 According to the above aspect (9), the second air nozzle is configured as a space between a plurality of cylindrical members that extend continuously along the circumferential direction. This makes it possible to effectively mix the air ejected from the second air nozzle with the fuel gas ejected from the third fuel gas nozzle located radially inward, while avoiding a complicated structure.
(12)他の態様では、上記(1)から(10)のいずれか一態様において、
前記燃料ガスは低カロリーガスである。
(12) In another aspect, in any one of the above (1) to (10),
The fuel gas is a low calorie gas.
上記(12)の態様によれば、例えば製鉄プラントで製鉄時に生じる高炉ガスのような低カロリーガスを燃料ガスとして用いるガスタービン燃焼器に適する。 The above aspect (12) is suitable for a gas turbine combustor that uses, as fuel gas, a low-calorie gas such as blast furnace gas generated during steelmaking in a steelmaking plant.
1A,1B ガスタービン燃焼器
10 燃料ガス供給系統
10a 第1燃料ガス供給系統
10b 第2燃料ガス供給系統
10c 第3燃料ガス供給系統
12 燃料ガス供給源
14a 第1燃料系統
14b 第2燃料系統
14c 第3燃料系統
16 燃料ガスメインライン
18a 第1燃料ガス分岐ライン
18b 第2燃料ガス分岐ライン
20 燃焼室
20a 内壁
22 バーナ
24 空気供給系統
24a 第1燃料ガス噴孔
24b 第2燃料ガス噴孔
24c 第1空気噴孔
24d 第3燃料ガス噴孔
24e 第2空気噴孔
31a~31d スワラ
33 第3燃料ガス供給源
34 第3燃料ガス供給ライン
100 制御装置
102 運転状態取得部
104 制御部
A 第1燃焼振動発生領域
B 第2燃焼振動発生領域
Ga 空気
Gf 燃料ガス
Gf1 第1燃料ガス
Gf2 第2燃料ガス
Gf3 第3燃料ガス
Vr1 第1流量調整弁
Vr2 第2流量調整弁
Vr3 第3流量調整弁
Claims (12)
前記バーナは、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源に接続された第1燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第1燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第1燃料ガス噴孔と、
前記第1燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、前記燃料ガス供給源に接続された第2燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第2燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第2燃料ガス噴孔と、
前記第1燃料ガス噴孔より径方向外側に配置され、前記空気を前記燃焼室に噴出するための第1空気噴孔と、
を備える、ガスタービン燃焼器。 A gas turbine combustor capable of combusting fuel gas and air mixed in a combustion chamber with a burner disposed upstream of the combustion chamber,
The burner is
a first fuel gas nozzle for injecting the fuel gas as a first fuel gas from a first fuel gas supply system connected to a fuel gas supply source for supplying the fuel gas into the combustion chamber;
a second fuel gas nozzle arranged radially inward from the first fuel gas nozzle and configured to inject the fuel gas as a second fuel gas from a second fuel gas supply system connected to the fuel gas supply source into the combustion chamber;
a first air nozzle arranged radially outward from the first fuel gas nozzle and configured to inject the air into the combustion chamber;
A gas turbine combustor comprising:
前記燃料ガス供給源に接続された燃料ガスメインラインから分岐する第1燃料ガス分岐ラインと、
前記第1燃料ガス分岐ラインに設けられた第1流量調整弁と、
を有し、
前記第2燃料ガス供給系統は、
前記燃料ガスメインラインから分岐する第2燃料ガス分岐ラインと、
前記第2燃料ガス分岐ラインに設けられた第2流量調整弁と、
を有し、
前記第1流量調整弁、又は、前記第2流量調整弁の開度を独立的に調整可能である、請求項1又は2に記載のガスタービン燃焼器。 The first fuel gas supply system includes:
a first fuel gas branch line branching off from a fuel gas main line connected to the fuel gas supply source;
a first flow rate control valve provided in the first fuel gas branch line;
having
The second fuel gas supply system includes:
a second fuel gas branch line branching off from the fuel gas main line;
a second flow rate control valve provided in the second fuel gas branch line;
having
3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein an opening degree of the first flow rate control valve or an opening degree of the second flow rate control valve is independently adjustable.
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