JP2580527B2 - 液化lpガスを用いるガスタービン燃焼器 - Google Patents

液化lpガスを用いるガスタービン燃焼器

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JP2580527B2
JP2580527B2 JP5347069A JP34706993A JP2580527B2 JP 2580527 B2 JP2580527 B2 JP 2580527B2 JP 5347069 A JP5347069 A JP 5347069A JP 34706993 A JP34706993 A JP 34706993A JP 2580527 B2 JP2580527 B2 JP 2580527B2
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富男 杉本
利男 安部
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば液化ブタン等の
気化し易い液化LPガス燃料を液状のまま直接噴射して
燃焼させるガスタービン燃焼器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にガスタービン燃焼器においては液
体燃料として灯油やA重油が用いられ、この場合、渦巻
噴射ノズルや気流微流化ノズルから液体燃料を燃焼器内
に噴射することが行なわれている。ところで、近来この
ガスタービンの燃料の多様化が要求され、例えば液化プ
ロパンや液化ブタン等の気化し易い液化LPガス燃料の
使用が検討されている。しかしながら、このような液化
LPガス燃料を液状のまま直接燃料噴射弁から燃焼器内
に噴射する場合に供給配管や燃料噴射弁内部でこの液化
LPガス燃料が気化し、液体と気体とが混在する2相流
やベーパロックを生じて液体として安定して供給するこ
とができず、その結果、例えばタービン起動時の着火が
できない等により安定した運転ができなくなるという問
題がある。
【0003】このようなことから従来、燃料貯槽からガ
スタービン燃焼器にこの液化LPガス燃料を供給する供
給管路に気化器や再液化防止のための配管ヒートトレー
ス装置等を配置し、液化LPガス燃料を一度気化させて
ガスとして供給するとともに低NOX 燃焼を行うガスタ
ービン燃焼器が提案されている。その一例として説明す
れば、図11に示すようにガスタービン燃焼器本体1は
外筒2と内筒3とにより形成され、この内筒3の上部に
はパイロット燃料噴射弁4を有するパイロット燃焼室5
と複数の予混合気管6を取付けた予混合燃焼室8とが形
成され、各予混合気管6内にはメイン燃料噴射弁9が配
置されている。そしてパイロット燃料噴射弁4からパイ
ロット燃焼室5内に供給された気体燃料は、ここで拡散
燃焼が行なわれるとともにメイン燃料噴射弁9から供給
された気体燃料は予混合気管6内で空気aと混合され、
予混合燃焼室8内で予混合燃焼されるようになってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に液化LPガス燃料を一度気化させてLPガスとして供
給するためには気化器や配管ヒートトレース装置等の設
備が必要であるばかりでなく、これらを加熱する熱源を
も必要とし、初期投資や運転費用も大きくなるという問
題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】 本発明は、前記従来技
術の問題点を解決するものであって、燃焼器を外筒と該
外筒内に配置され、上部にパイロット燃料噴射弁を有す
るパイロット燃焼室と下部に複数の予混合気管を取付け
た予混合燃焼室と燃焼室を形成した内筒とにより構成
し、前記予混合気管内にメイン燃料噴射弁を配置し、前
記パイロット燃料噴射弁及びメイン燃料噴射弁に液化L
Pガス燃料供給管を連接し、かつ、該パイロット燃料噴
射弁及びメイン燃料噴射弁に冷却空気を供給し、該冷却
空気により液化LPガス燃料のベーパーロックを防止す
ように構成したことを特徴とする液化LPガス燃料を
用いるガスタービン燃焼器である。そしてパイロット
燃料噴射弁とメイン燃料噴射弁とに供給される液化LP
ガス燃料はガスタービン負荷に応じて変化され、低N
Ox燃焼が行われる。
【0006】
【作 用】前記構成においてパイロット燃料噴射弁及び
メイン燃料噴射弁に供給された液化LPガス燃料はこゝ
で冷却空気により冷却されるため気化が防止される。そ
の結果、2相流やベーパーロックが生じることがなく、
安定して液状で燃料供給を行うことができ、良好なガス
タービンの運転が可能となる。
【0007】
【実 施 例】以下、図1ないし図10を参照して本発
明による液化LPガス燃料を用いるガスタービン用燃焼
器の一実施例を説明する。図1はガスタービン用燃焼器
の概略を示す側面図であって、外筒11内に内筒12が
配置され、この内筒12は、上部より下部にパイロット
燃焼室13と予混合燃焼室15とが形成されている。そ
してパイロット燃焼室13の天蓋部の中央にはパイロッ
ト燃料噴射弁16が、また、予混合燃焼室15の側部に
は複数の予混合気管17が配置され、この予混合気管1
7内にメイン燃料噴射弁18の先端部を挿入して配置さ
れている。
【0008】詳述すれば、パイロット燃料噴射弁16は
図示しない液化LPガス燃料貯槽に連なる第1の燃料供
給管19が連結されるとともに、その先端にスワラー2
0が配置されている。そしてその構造は図3に示すよう
に、フランジ付筒体からなるノズルケース21の内面
と、このノズルケース21内に装着した噴射ノズル本体
22及びその先端に設けた噴射ノズル23の外周面との
間に冷却空気が流入するエアギャップ24が形成され、
このエアギャップ24に第1の冷却空気供給管25から
冷却空気が供給されるようになっている。
【0009】噴射ノズル本体22は、その軸方向に1次
燃料供給路26と2次燃料供給路27の2つの液化燃料
供給路を有している。更に噴射ノズル23の内部には図
4にも示すように1次燃料供給路26に連通する1次渦
巻室29が設けられ、この1次渦巻室29と2次渦巻室
28を通過した1次及び2次液体燃料が噴射ノズル23
の噴射口から噴霧するようになっている。また、この噴
射ノズル23の内部にはエアギャップ24に連通すると
ともに、先端にコーン状の2次渦巻室28に沿う複数の
エアーの噴射孔30を設けている。
【0010】一方、メイン燃料噴射弁18は予混合燃焼
室15の側部に複数個(本実施例では6本)等間隔にな
るように配置された予混合気管17内にその先端部が挿
入するように配置されている。その詳細は図5、図6及
び図7に示されるようにメイン燃料噴射弁18の中央部
にメイン燃料供給路32を設け、その先端に噴射ノズル
34が配置されて構成されている。
【0011】この噴射ノズル34にはメイン燃料供給管
路32に連なる微細な噴射口35が複数個設けられ、ま
た、メイン燃料供給管路32の周囲に等間隔に配置した
複数本の冷却空気供給路33に連なる冷却空気噴出口3
6が設けられている。そしてこの噴射ノズル34はエア
ーギャップ37が形成されるように遮熱用の保護管38
内に配置され、空気aが流入可能に予混合気管17の上
端部に挿入されている。そして、このメイン燃料噴射弁
18には第2の冷却空気供給管39と第2の燃料供給管
路40とに連通するようになっている。
【0012】図2に示すようにパイロット燃料噴射弁1
6に燃料を供給する第1の燃料供給管路19には、流量
を制御する第1の管路41と第2の管路42とが並行し
て設けられ、この第1の管路41と第2の管路42に
は、夫々定流量制御弁43,44が設けられている。ま
た、45は定流量制御バイパス弁、48は定流量割合切
り替え弁、46はメイン燃料遮断弁、47はパイロット
燃料遮断弁である。
【0013】前記構成による液化LPガス燃料を用いる
ガスタービン用燃焼器において、第1の燃料供給管路1
9及び第2の燃料供給管路40からパイロット燃料噴射
弁16及びメイン燃料噴射弁18に供給された液化LP
ガス燃料は、図3〜図7に示す如く、エアギャップ24
及び冷却空気供給管路33とエアギャップ37を流れる
冷却空気により気化が防止され、液体の状態で噴射ノズ
ル23の2次渦巻室28及び噴霧ノズル34の噴射口3
5から噴霧供給されることになり、液化LPガス燃料は
2相流やベーパーロックを発生しないこととなる。
【0014】一方、液化LPガス燃料をパイロット燃料
噴射弁16及びメイン燃料噴射弁18へ供給される量は
ガスタービンの負荷によって制御される。即ち、本発明
者は液化LPガス燃料である液体ブタンについて100
0kw級ガスタービン用燃焼器を用いて、燃焼用空気圧
力0.24MPa でベンチ試験を行ない、タービン出力
と燃焼効率及びNOx 排出特性とタービンが定格時の燃
焼効率及びNOx 排出特性に及ぼすパイロット燃料の割
合の影響について検討した結果、図8及び図9に示す結
果を得た。
【0015】図9は、定格負荷でパイロット燃料の割合
を100%(パイロット燃料のみ)から10%まで変え
た時のNOx 排出量と燃焼効率及びCO排出量を示した
ものである。パイロット燃料割合を100%(パイロッ
ト燃料のみ)で燃焼させた場合、パイロット燃料噴射弁
16から噴霧された液体ブタンがパイロット燃焼室13
内で拡散燃焼を行ない、その時の燃焼火炎温度が比較的
高いためにNOx 排出量が一番多く排出されるが、一方
CO排出量はなく燃焼効率は100%で燃焼している。
しかし、拡散燃焼を行うパイロット燃料の割合を減ら
し、メイン燃料の割合を増やすことによって、メイン燃
料の予蒸発予混合気の希薄燃焼が促進され、燃焼火炎温
度が低下してくるためにNOx 排出量が大きく低減され
てくることが分かる。パイロット燃料割合を10%まで
減らすと、パイロット燃料割合が100%の場合と比べ
て約1/5までNOx 排出量が低減されてくる。なお、
この時の燃焼効率の低下は非常に小さく良好な燃焼効率
が維持されている。
【0016】図8は種々のパイロット燃料割合で燃焼さ
せた時のガスタービン出力に対するNOx の排出特性と
燃焼効率の特性を示したものである。図中実線b及び
b’はパイロット燃料のみで拡散燃焼させた場合のNO
x 排出量及び燃焼効率を示し、定格負荷に達するにつれ
てNOx 排出量が著しく増加してくる。
【0017】一方、パイロット燃料の割合を27%から
10%まで下げてメイン燃料の予蒸発予混合希薄燃焼の
割合を増加させることによってNOx 排出量は定格負荷
を含む広い負荷の範囲で大きく低減されてくることが分
かる。また、この時のNOx排出量はパイロット燃料割
合を27%から10%に下げる程さらに低減されてく
る。しかし、図中、実線c’に示すように低負荷領域で
燃焼効率の低下が大きくなるため、ある程度の負荷以下
ではパイロット燃料のみの燃焼に切り替えて燃焼効率の
低下を回避する必要がある。
【0018】このようなことから、図10に示すように
タービン負荷が45%負荷程度までパイロット燃料と
し、それ以上のタービン負荷においてはパイロット燃料
割合を段階的に減少させるようにした定流量制御弁4
3,44を設定するとともに、メイン燃料遮断弁45を
制御することにより燃焼効率の低下を改善することがで
き、更に低NOx 化を行うガスタービン燃焼器とするこ
とができるのである。
【0019】
【発明の効果】 本発明にかかる液化LPガス燃料を用
いるガスタービン燃焼器は、燃焼器を外筒と該外筒内に
配置され、上部にパイロット燃料噴射弁を有するパイロ
ット燃焼室と下部に複数の予混合気管を取付けた予混合
燃焼室と燃焼室を形成した内筒とにより構成し、前記予
混合気管内にメイン燃料噴射弁を配置し、前記パイロッ
ト燃料噴射弁及びメイン燃料噴射弁に液化LPガス燃料
供給管を連接し、かつ、該パイロット燃料噴射弁及びメ
イン燃料噴射弁に冷却空気を供給し、該冷却空気により
液化LPガス燃料のベーハーロックを防止するように構
成されている。
【0020】従って、冷却空気により液化LPガス燃料
の気化を防止するためその燃料を液体状態で使用するこ
とができ、その結果、気化器や配管ヒートトレース装置
等の設備が不要となり、かつ熱源をも不要とし、初期投
資と運転費用の低減を図ることができる。加えて、パイ
ロット燃料の割合をガスタービンの負荷に応じて変化、
即ち負荷の増大に応じて段階的に減少させるように制御
することによって低NOx 化を図ることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガスタービン用燃焼器の概略側面図である。
【図2】燃料供給回路図である。
【図3】パイロット燃料噴射弁の側断面図である。
【図4】パイロット燃料噴射弁の先端部の拡大断面図で
ある。
【図5】メイン燃料噴射弁の側断面図である。
【図6】図5のA−A断面図である。
【図7】図5のB部拡大図である。
【図8】ガスタービン出力と燃焼効率、及びNOx 排出
特性図である。
【図9】パイロット燃料割合とCO,NOx 排出特性,
燃焼効率を示す特性図である。
【図10】ガスタービン負荷におけるパイロットとメイ
ン燃料割合図である。
【図11】従来の気体燃料を用いるガスタービン用低N
x 燃焼器の概略側面図である。
【符号の説明】
1 ガスタービン燃焼器本体 2,11 外筒 3,12 内筒 4,16 パイロッ
ト燃料噴射弁 5,13 パイロット燃焼室 6,17 予混合気
管 8,15 予混合燃焼室 9,18 メイン燃
料噴射弁 19 第1の燃料供給管路 20 スワラー 21 ノズルケース 22 噴射ノズル本
体 23 噴射ノズル 24,37 エアギ
ャップ 25 第1の冷却空気供給管 26 1次燃料供給
路 27 2次燃料供給路 28 2次渦巻室 29 1次渦巻室 30 噴射孔 31 ノズル本体 32 燃料供給路 33 冷却空気供給路 34 噴射ノズル 35 噴射口 38 保護管 39 第2の冷却空気供給管 40 第2の燃料供
給管路 41 第1の管路 42 第2の管路 43,44 定流量制御弁 45 定流量制御バ
イパス弁 46 メイン燃料遮断弁 47 パイロット燃
料遮断弁 48 定流量割合切り替え弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F23R 3/34 F23R 3/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼器を外筒と該外筒内に配置され、上
    部にパイロット燃料噴射弁を有するパイロット燃焼室と
    下部に複数の予混合気管を取付けた予混合燃焼室と燃焼
    室を形成した内筒とにより構成し、前記予混合気管内に
    メイン燃料噴射弁を配置し、前記パイロット燃料噴射弁
    及びメイン燃料噴射弁に液化LPガス燃料供給管を連接
    し、かつ、該パイロット燃料噴射弁及びメイン燃料噴射
    弁に冷却空気を供給し、該冷却空気により液化LPガス
    燃料のベーパーロックを防止するように構成したことを
    特徴とする液化LPガス燃料を用いるガスタービン燃焼
    器。
JP5347069A 1993-12-27 1993-12-27 液化lpガスを用いるガスタービン燃焼器 Expired - Lifetime JP2580527B2 (ja)

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