JP3742722B2

JP3742722B2 - Gas turbine combustor

Info

Publication number: JP3742722B2
Application number: JP6589698A
Authority: JP
Inventors: 武治長谷川; 暢久松; 保憲岩井; 昭博小野田
Original assignee: Toshiba Corp; Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Toshiba Corp; Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11264542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン発電プラントやコンバインドサイクル発電プラントなどに用いられるガスタービン燃焼器に係り、特にガス化燃料および空気とともに窒素を燃焼室内に供給して拡散燃焼における局所高温化を抑制し、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ったガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン発電プラントやコンバインドサイクル発電プラントには、ガスタービン燃焼器が複数台組み込まれており、このガスタービン燃焼器で燃焼した燃料が燃焼ガスとなってガスタービンに案内され、ガスタービンを駆動するようになっている。このようなガスタービンではガスタービン入口温度を上昇させるとガスタービン熱効率が向上するため、ガスタービン入口温度すなわちガスタービン燃焼器の出口温度の上昇と発電プラントの効率化が図られている。
【０００３】
しかし、ガスタービン燃焼器の燃焼域の燃焼ガス温度を過度に上昇させると、ＮＯｘの発生量が増大する。また、燃焼ガス温度は、タービン部や燃焼器部の材料の耐熱限界による制約を受ける。
【０００４】
ところで、ガス化複合発電プラントにおいては、石炭、重油などをガス化炉でガス化した後、ガス精製装置により精製し、ガス化燃料としてガスタービン燃焼器に供給する。石炭ガス化燃料の場合はガス化炉の形式により燃料組成や発熱量は異なるが、例えば酸素吹きガス化炉では燃料発熱量が約１０〜１３ＭＪ／ＮＭ³の中カロリーのガス化燃料が精製され、その燃料組成は水素と一酸化炭素とが大部分を占める。酸素吹きガス化炉では、酸素製造プラントにより空気中の窒素から分離された酸素を使用している。なお、ガス精製方式が乾式の場合においては、ガス化燃料中にアンモニアが含有される。このようなガス化複合発電プラントにおいてもガスタービンの効率を上げるため、高温化を図ると同時に環境問題から低ＮＯｘ化を図らなくてはならない。
【０００５】
従来のガスタービン燃焼器において、ＮＯｘの発生を抑制する技術として、燃料と空気とをあらかじめ燃料希薄状態で混合して燃焼させる希薄予混合方式が知られている。
【０００６】
しかし、ガス化燃料などの水素を多く含む燃料に対して希薄予混合方式を用いた場合、水素の燃焼速度が速いため、燃焼ガスの燃焼速度が希薄予混合ガス噴出速度を上回り、火炎が燃料ノズル内部に逆流する現象、いわゆる逆火現象が起こり、燃焼器部品を焼損する恐れがある。
【０００７】
このことにより、ガス化燃料を希薄予混合方式に採用することは難しい。そのため、燃焼室内で燃料と空気とを拡散混合して燃焼させる拡散燃焼方式を採用する必要がある。しかし、拡散燃焼による燃焼ガスの温度は、局所的に断熱火炎温度に近い高温になる。例えば水素や一酸化炭素を多く含む石炭ガス化燃料の断熱火炎温度は、中カロリー燃料といえども、ＬＮＧ燃料の断熱火炎温度と同等以上になるため、この石炭ガス化燃料を拡散燃焼させた場合、ＬＮＧ燃料を拡散燃焼させる場合と同等の、多量のＮＯｘを発生させる。
【０００８】
近年、ガス化複合発電プラントの効率化と環境保全の面から酸素製造プラントで酸素と分離される窒素を有効的に活用する研究が行われている。すなわち、ガスタービン燃焼器において、燃焼室内に燃焼に直接関与しない窒素を供給することで、燃焼ガスの局所的な高温部を抑制し、燃焼ガスのＮＯｘ発生量を低減させるというものである。その例として、１９９４年のＡＳＭＥ（THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS ）の文献の９４−ＧＴ−３６６に示されるように、ガスタービン燃焼器の頭部より蒸気噴射と同様な方式で窒素を供給し、空気と窒素とを混合して燃焼室に送り、酸素濃度を低下させた空気により燃焼させる。
【０００９】
図１７はこのような窒素ガスを利用した従来の石炭ガス化複合発電プラントのガスタービン燃焼器を例示する概略構成図である。
【００１０】
図１７に示すように、ガスタービン燃焼器１は外筒２およびフロースリーブ３の内側に燃焼器ライナ４を内筒として収容し、この燃焼器ライナ４の後流側にトランジションピース５を接続した構成とされている。燃焼器ライナ４内には燃焼室６が形成されている。外筒２およびフロースリーブ３と燃焼器ライナ４との間には環状の空気流路７が形成されている。この空気流路７を通って図示しない空気圧縮機で圧縮された空気が燃焼器ライナ４の頭部側に案内される。
【００１１】
燃焼器ライナ４の頭部側にはヘッドプレート８を介して支持された燃料ノズル９が接続されている。この燃料ノズル９は基端部側に液体燃料供給口９ａ、液体燃料噴霧空気供給口９ｂおよび石炭ガス化燃料供給口９ｃを備え、それぞれ図示しない液体燃料配管、液体燃料噴霧空気配管および石炭ガス化燃料配管から供給される液体燃料ａ₀、液体燃料噴霧空気ｂ₀および石炭ガス化燃料ｃ₀を導入するようになっている。そして、各供給口９ａ〜９ｃから導入された液体燃料ａ₀、液体燃料噴霧空気ｂ₀および石炭ガス化燃料ｃ₀は、燃料ノズル９内の通路を介し、それぞれノズル先端側の噴出口から燃焼器ライナ４内に噴出される。
【００１２】
このものにおいて、ヘッドプレート８の燃料ノズル９の外周側に窒素供給口１０が設けられ、図示しない窒素配管から供給される窒素ｄ₀を導入するようになっている。窒素供給口１０から導入された窒素ｄ₀は、ヘッドプレート８に設けた窒素噴出口１０ａから燃料ノズル９先端部の外周側に噴射される。この噴射された窒素が燃料ノズル９先端部の外周側で、空気流路７を介して流入した空気ｅ₀と混合し、これにより空気ｅ₀が酸素濃度を低下した状態となって燃料ノズル９先端部から燃焼室８に供給される。
【００１３】
プラント運転時には、まず液体燃料ａ₀の供給により起動着火運転を行い、その後メイン燃料としてのガス化燃料ｃ₀の供給へ切り換えて通常運転に移行する。この通常運転の際に窒素ｄ₀の供給を行い、酸素濃度を低下させた空気ｅ₀によりガス化燃料ｃ₀を燃焼させることで、燃焼温度を下げ、ＮＯｘの抑制を図る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のガスタービン燃焼器では、単に空気流路７内の空気ｅ₀の一部分に窒素ｄ₀が流れ込むだけであり、必ずしも十分な混合が行われずに燃焼室６に流入する傾向があった。しかも、この空気ｅ₀と窒素ｄ₀とは燃料ノズル９の周囲から無秩序に燃焼室６内に流入するので、燃焼室６の中心域に噴出されるガス化燃料ｃ₀と空気ｅ₀との接触部分に窒素ｄ₀が必ずしも流入するとは限らないものであった。すなわち、従来の構成では、空気ｅ₀と窒素ｄ₀とが混合する前にガス化燃料ｃ₀と空気ｅ₀とが接触してしまう確率が高いため、空気ｅ₀とガス化燃料ｃ₀とが接触する局所的な燃焼域で高温化現象が生じ、窒素ｄ₀を全く供給しない状態に比べればＮＯｘの発生量は小さくなるものの、それでもなお多量のＮＯｘが発生することがあった。
【００１５】
そこで、上述した構成のもとでＮＯｘ抑制機能を高める手段として、燃焼室６内への窒素ｄ₀の吹き込み量を増大して窒素ｄ₀の空気ｅ₀に対する混合率を高めることが考えられる。
【００１６】
しかし、単に燃焼室６への窒素供給量を増大することは火炎の温度を低下させ、ＮＯｘ低減には有効であっても、窒素供給量が過多となって火炎温度が過度に低下し、燃焼が不安定となったり、燃料ガス中に未燃成分である一酸化炭素が残留するなど別の問題が生じてくる可能性がある。
【００１７】
一方、別案として、ガス化燃料配管中に窒素を混入して、予め窒素とガス化燃料とを混合させることも考えられる。しかし、そのためには窒素圧力をガス化燃料圧力以上にコンプレッサなどで昇圧する必要があり、この場合にはコンバインドサイクルプラントの効率の低下という問題が生じる。
【００１８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、その目的はＮＯｘ発生率の高いガス化燃料を用いた拡散燃焼において、燃焼室内に窒素を効率的に供給することで、燃焼ガスの低ＮＯｘ化が図れるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１に係るガスタービン燃焼器は、メイン燃料としてガス化燃料を用い、着火起動用燃料として液体燃料を用いるガスタービン燃焼器であって、前記各燃料を燃焼器ライナの頭部側に設けた燃料ノズルから選択的に前記燃焼器ライナ内に噴出させて燃焼用空気により拡散燃焼させるとともに、燃焼域に燃焼温度低下用として窒素を供給するものにおいて、前記燃料ノズル内に窒素供給部を設け、この窒素供給部は前記ガス化燃料と空気との接触部位に窒素単独で、または前記ガス化燃料への窒素混合気として前記燃焼器ライナ内へ噴出する経路を持つ構成としたものである。
【００２０】
請求項２に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの頭部側に燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記燃焼ノズルの先端部中心位置に液体燃料ノズル部を設けるとともに、この液体燃料ノズル部の外周側のほぼ同一半径位置に環状配置でガス化燃料、窒素および空気をそれぞれ単独で前記燃焼器ライナ内に噴出する複数の噴出口を間隔的に設け、これらの噴出口は交互に、ガス化燃料噴出口の両隣が窒素噴出口となり、かつ空気噴出口の両隣が窒素噴出口となる配列としたものである。
【００２１】
請求項３に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの頭部側に燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの先端部中心位置に液体燃料ノズル部を設けるとともに、この液体燃料ノズル部の外周側に同心的に、かつ径を異ならせてガス化燃料、窒素および空気をそれぞれ単独で前記燃焼器ライナ内に噴出する複数の噴出口を間隔的に設け、これらの噴出口は、内周側からガス化燃料噴出口、窒素噴出口、空気噴出口の順に配列したものである。
【００２２】
請求項４に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの頭部側に燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの先端部中心位置に液体燃料ノズル部を設けるとともに、この液体燃料ノズル部の外周側に同心的に、かつ径を異ならせてガス化燃料、窒素および空気をそれぞれ単独で前記燃焼器ライナ内に噴出する複数の噴出口を間隔的に設け、これらの噴出口は、内周側から窒素噴出口、ガス化燃料噴出口、空気噴出口の順に配列したものである。
【００２３】
請求項５に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの頭部側に燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの先端部中心位置に液体燃料ノズル部を設けるとともに、この液体燃料ノズル部の外周側にガス化燃料を前記燃焼器ライナ内に噴出する複数のガス化燃料噴出口を環状配置で設け、このガス化燃料噴出口の外周側のほぼ同一半径位置に、窒素を噴出する窒素噴出口と空気を噴出する空気噴出口とを複数、環状配置で周方向に交互に配列したものである。
【００２４】
請求項６に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの頭部側に燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの先端部中心位置に液体燃料ノズル部を設けるとともに、この液体燃料ノズル部の外周側に窒素を前記燃焼器ライナ内に噴出する複数の窒素噴出口を環状配置で設け、この窒素噴出口の外周側のほぼ同一半径位置に、ガス化燃料を噴出するガス化燃料噴出口と空気を噴出する空気噴出口とを複数、環状配置で周方向に交互に配列したものである。
【００２５】
請求項７に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの頭部側に燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの先端部中心位置に液体燃料ノズル部を設けるとともに、この液体燃料ノズル部の外周側に同心的に、かつ径を異ならせてガス化燃料、窒素・ガス化燃料混合気および空気をそれぞれ前記燃焼器ライナ内に噴出する複数の噴出口を間隔的に設け、これらの噴出口は前記液体燃料ノズル部の外周側がガス化燃料噴出口となり、このガス化燃料噴出口の外周側が窒素・ガス化燃料混合気噴出口および空気噴出口となる配置とし、かつ前記窒素・ガス化燃料混合気噴出口および空気噴出口は周方向に交互に配列したものである。
【００２６】
請求項８に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナの頭部側に燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記燃料ノズルの先端部中心位置に液体燃料ノズル部を設けるとともに、この液体燃料ノズル部の外周側のほぼ同一半径位置に環状配置で窒素・ガス化燃料混合気および空気をそれぞれ前記燃焼器ライナ内に噴出する複数の噴出口を間隔的に設け、窒素・ガス化燃料混合気噴出口と空気噴出口とは周方向に交互に配列したものである。
【００２７】
請求項９に係るガスタービン燃焼器は、請求項１から８までのいずれかに記載のガスタービン燃焼器において燃料ノズルの各噴出口にそれぞれスワラを設けたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の実施の形態について添付図面を用いて説明する。なお、以下の各実施形態は、石炭ガス化燃料を使用する複合発電プラントのガスタービン燃焼器に適用したものである。
【００２９】
第１実施形態（図１〜図４）
図１は本発明の第１実施形態によるガスタービン燃焼器の配置構成を示す概略図である。図１に示すようにガスタービン１３の主軸１３ａと同軸上に空気圧縮機１４が設けられ、ガスタービン燃焼器１１は、空気圧縮機１４とガスタービン１３との中間位置において、主軸１３ａの周囲に複数台、例えば１４〜１８台設置されている。
【００３０】
ガスタービン運転時には、空気圧縮機１４の駆動により吐出された高圧空気をガスタービン燃焼器１１に案内し、このガスタービン燃焼器１１の燃焼器ライナ１５内に形成される燃焼室１６で燃料を燃焼させる。この燃焼ガスをトランジションピース１７を介してガスタービン１３に案内し、このガスタービン１３を駆動させて仕事をし、ガスタービン１３に連結された図示しない発電機を回転駆動させる。
【００３１】
図２は本実施形態によるガスタービン燃焼器１１を拡大して示す構成図である。
【００３２】
ガスタービン燃焼器１１は図２に示すように、外筒２０およびフロースリーブ２１の内側に燃焼器ライナ２２を内筒として収容した構成となっており、この燃焼器ライナ２２の後流側にトランジションピース１７が接続されている。燃焼器ライナ２２内には燃焼室１６が形成されている。外筒２０およびフロースリーブ２１と燃焼器ライナ２２との間には環状の空気流路２３が形成されいる。
【００３３】
燃焼器ライナ２２の頭部側には、ヘッドプレート２４を介して支持された燃料ノズル２６が接続されている。この燃料ノズル２６は基端部側に液体燃料供給口２７、液体燃料噴霧空気供給口２８、石炭ガス化燃料供給口２９および窒素供給口３１を備え、それぞれ図示しない液体燃料配管、液体燃料噴霧空気配管、石炭ガス化燃料配管および窒素配管から供給される液体燃料ａ、液体燃料噴霧空気ｂ、石炭ガス化燃料ｃおよび窒素ｄを導入するようになっている。
【００３４】
そして、各供給口２７〜３１から導入された液体燃料ａ、液体燃料噴霧空気ｂ、石炭ガス化燃料ｃおよび窒素ｄは燃料ノズル２６内の通路を介し、それぞれ後述する噴出口から燃焼器ライナ２２内に噴出されるようになっている。なお、窒素ｄとしては、図示しない石炭ガス精製装置の酸素製造プラントで空気から酸素を分離する際に発生する窒素が用いられている。また、燃料ノズル２６の先端部外周側には空気圧縮機１４で圧縮された空気ｅが空気流路２３を介して供給されるようになっている。
【００３５】
図３は図２に示した燃料ノズル２６を拡大して示す断面図であり、図４は図３の右側面図（端面図）である。
【００３６】
これらの図３および図４に示すように、燃料ノズル２６は円筒状を成し、この燃料ノズル２６の軸心位置に液体燃料通路３３が設けられている。この液体燃料通路３３は、燃料ノズル２６の基端側において液体燃料供給口２７に連通するとともに、燃料ノズル２６の先端側においてその端面に開口した液体燃料噴出口３４に連通している。この液体燃料噴出口３４は、燃料ノズル２６の周方向に間隔的に複数形成され、かつ燃料ノズル２６の軸心から次第に外側に向かう傾斜をもって開口している。これにより、液体燃料ａは液体燃料通路３３の基端部から先端部へ向かって流れた後、液体燃料噴出口３４から燃料ノズル２６の軸心に対して遠心方向に向かって放射状に噴出されるようになっている。
【００３７】
液体燃料通路３３の外周側には液体燃料噴霧空気通路３６が環状に形成されている。この液体燃料噴霧空気通路３６も前記同様に液体噴霧空気供給口２８に連通するとともに、燃料ノズル２６の先端部側においてその端面に開口した複数の液体燃料噴霧空気噴出口３７に連通している。この各液体燃料噴霧空気噴出口３７は次第に燃料ノズル２６の軸心に向かう傾斜をもって開口している。液体燃料噴霧空気通路３６の先端部付近には液体燃料噴霧空気用スワラ３８が設けられている。
【００３８】
そして、液体燃料噴霧空気ｂは液体燃料噴霧空気通路３６の基端部から先端部へと向かって流れた後、液体燃料噴霧空気用スワラ３８で旋回流を与えられ、液体燃料ａとは逆に燃料ノズル２６の軸心側に向かって噴出するようになっている。これにより、燃料ノズル２６の軸心から外側に向かって噴出された液体燃料ａは、燃料ノズル２６の軸心に向かって噴出された液体燃料噴霧空気ｂとの衝突により微粒子化し、燃焼室１６に噴霧される。すなわち、液体燃料噴出口３４と液体燃料噴霧空気噴出口３７とにより液体燃料ノズル部３９を形成している。
【００３９】
また、液体燃料噴霧空気通路３６の外周側には、石炭ガス化燃料供給口２７とその基端部側で連通する石炭ガス化燃料通路４０が環状に形成されるとともに、この石炭ガス化燃料通路４０の外周側には窒素供給口３１とその基端側で連通する窒素通路４１が環状に形成されている。石炭ガス化燃料通路４０の先端部付近はガイド部４０ａによって拡径側に屈曲し、窒素通路４１の先端部とほぼ同一半径位置に配置されている。そして、これら石炭ガス化燃料通路４０および窒素通路４１は、それらの先端部分において、環状の基端側部分からそれぞれ複数に分岐し、かつそれらの分岐部分は燃料ノズル２６の周方向に沿って交互に配置されている。
【００４０】
窒素通路４１の分岐した各先端部分は、燃料ノズル２６の先端面において液体燃料ノズル部３９を中心とした同一半径位置に開口する複数の窒素噴出口４２に連通しており、この各窒素通路噴出口４２にはそれぞれ窒素用スワラ４３が設けられている。これにより、窒素ｄは窒素通路４１の基端部から先端部へ向かって流れ、各分岐部分で分流した後に窒素用スワラ４３で旋回流を与えられ、各窒素噴出口４２から噴出するようになっている。
【００４１】
同様に、石炭ガス化燃料通路４０の分岐した各先端部分は、燃料ノズル２６の先端面において液体燃料ノズル部３５を中心として環状に配列された複数の窒素噴出口４２とほぼ同一半径位置に開口する複数の石炭ガス化燃料噴出口４５に連通しており、この各石炭ガス化燃料噴出口４５にもそれぞれ石炭ガス化燃料用スワラ４６が設けられている。これにより石炭ガス化燃料ｃは石炭ガス化燃料通路４０の基端部から先端部へ向かって流れ、各分岐部分で分岐した後に石炭ガス化燃料用スワラ４６で旋回流を与えられ、各石炭ガス化燃料噴出口４５から噴出するようになっている。
【００４２】
なお、石炭ガス化燃料通路４０は先端側に向かい、その外周側の隔壁４０ｂのテーパにより燃料ノズル２６の径方向で次第に幅狭となっており、これにより石炭ガス化燃料ｃは燃料ノズル２６内で次第に加圧されて石炭ガス化燃料噴出口４５から噴出されるようになっている。また、石炭ガス化燃料噴出口４５および窒素噴出口４２は、燃料ノズル２６の先端部外壁４１ａおよび下記の空気通路４８との隔壁４１ｂなどのテーパにより、燃料ノズル２６の先端付近で次第に軸心側に向かっており、これにより石炭ガス化燃料ｃおよび窒素ｄは燃焼器ライナ２２の中心側に向かって噴出されるようになっている。
【００４３】
さらに、石炭ガス化燃料通路４０の先端部外周側にはフロースリーブ内の空気流路と連通する複数の空気通路４８が設けられている。これらの空気通路４８は燃料ノズルの先端部外壁に設けた空気噴出口４９と連通している。これらの空気噴出口４９は、液体燃料ノズル部３９を中心として環状に配列され、かつ前記窒素噴出口４２および石炭ガス化燃料噴出口４５の間に介在する配置で、これらとほぼ同一半径位置に複数設けられている。各空気噴出口４２は燃料ノズル２６の軸心に向かう傾斜をもって開口され、その内部にはそれぞれ空気用スワラ５０が設けられている。これにより、空気ｅは、空気通路４８の基端部から先端部へ向かって流れ、空気用スワラ５０で旋回流を与えられ、空気噴出口４９から燃焼器ライナ２２の中心側に向って噴出されるようになっている。
【００４４】
すなわち本実施形態では、図４に示すように燃料ノズル２６の先端部の中心位置に液体燃料ノズル部３９が設けられ、この液体燃料ノズル部３９のほぼ同一半径位置に、環状配置で石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２および空気噴出口４９がそれぞれ複数、間隔的に設けられている。さらに各噴出口は交互に、石炭ガス化燃料噴出口４０の両隣が窒素噴出口４２となり、かつ空気噴出口４９の両隣が窒素噴出口４２となるように配列されている。
【００４５】
次に作用を説明する。
【００４６】
ガスタービン１３の起動時は、液体燃料ノズル部３５から液体燃料ａを噴霧し、この液体燃料ａを燃焼させる。この後、ガスタービン１３負荷が上昇するに伴いメイン燃料として石炭ガス化燃料ｃの供給量を増大させるとともに、液体燃料の供給量を減少させ、ガスタービン１３を通常運転に移行させる。
【００４７】
ガスタービン１３の通常運転時は、燃料ノズル２６先端部の石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２および空気噴出口４９からそれぞれ石炭ガス化燃料ｃ、窒素ｄおよび空気ｅを噴出させ、燃焼室１６内で拡散燃焼させる。各噴出口４２、４５、４９ではそれぞれスワラ４３、４６、５０により、石炭ガス化燃料ｃ、窒素ｄおよび空気ｅに旋回流を与えて各噴出口４２、４５、４９から噴出させるので、石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとを効率良く混合することができる。
【００４８】
しかも、液体燃料ノズル部３９の外周側のほぼ同一半径位置に、環状配置で設けた石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２および空気噴出口４９の配列は交互に、石炭ガス化燃料噴出口４５の両隣を窒素噴出口４２とし、かつ空気噴出口４９の両隣を窒素噴出口４２として、各噴出口から石炭ガス化燃料ｃ、窒素ｄおよび空気ｅを噴出させるので、石炭ガス化燃料ｃを窒素ｄが包み込み、かつ空気ｅを窒素ｄが包み込むようなかたちで、すなわち、石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとが直接触れ合わないようなかたちで、燃焼室１６に供給される。このため、従来では石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとが直接触れ合う部分で燃焼することによって発生していた燃焼ガスの局所的な高温化を防止することができ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態によれば、窒素ｄを燃料ノズル２６を通して直接燃焼器ライナ１５内に噴出させ、しかもこの窒素ｄにより石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとが直接触れ合わない状態で、燃焼器ライナ１５内に噴出させることにより、燃焼ガスの局所的な高温化を防ぎ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００５０】
第２実施形態（図５、図６）
図５は本発明の第２実施形態によるガスタービン燃焼器の燃料ノズルを拡大して示す断面図であり、図６は図５の右側面図（端面図）である。
【００５１】
本実施形態では、燃料ノズル２６ａ先端部の各噴出口の配列を第１実施形態と異ならせてある。すなわち、燃料ノズル２６ａの先端部の中心位置に液体燃料ノズル部３９を設けることは前記第１実施形態と同様であるが、この液体燃料ノズル部３９の外周側にこれと同心的な三重の環状配置で、かつ内側から順次に石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２および空気噴出口４９を設けた点が異なる。
【００５２】
詳述すると、図５および図６に示すように、燃料ノズル２６ａは円筒状を成し，この燃料ノズル２６ａの軸心位置に第１実施形態と同様に液体燃料通路３３、液体燃料噴出口３４、液体燃料噴霧空気通路３６および液体燃料噴霧空気噴出口３７等からなる液体燃料ノズル部３９が形成されている。
【００５３】
そしてまず、液体燃料噴霧空気通路３６のすぐ外周側に、石炭ガス化燃料供給口２９とその基端側で連通する石炭ガス化燃料通路４０が環状に形成されている。この石炭ガス化燃料通路４０の先端側は、燃料ノズル２６ａの先端面で開口する複数の石炭ガス化燃料噴出口４５に連通しており、この各石炭ガス化燃料噴出口４５にはそれぞれ石炭ガス化燃料用スワラ４６が設けられている。これにより、石炭ガス化燃料ｃは液体燃料ノズル部３９のすぐ外周側で石炭ガス化燃料用スワラ４６で旋回流を与えられ、各石炭ガス化燃料噴出口４５から噴出するようになっている。
【００５４】
次に、石炭ガス化燃料通路４０の外周側にはその基端側で窒素供給口３０と連通する窒素通路４１が環状に設けられている。この窒素通路４１の先端側は、燃料ノズル２６ａの先端面で開口する複数の窒素噴出口４２に連通しており、この各窒素噴出口４２にはそれぞれ窒素用スワラ４３が設けられている。これにより、窒素ｄは窒素用スワラ４３で旋回流を与えられ、各窒素噴出口４２から石炭ガス化燃料ｃの外周側の領域に噴出するようになっている。
【００５５】
さらに、窒素通路４１の先端部の外周側にはフロースーリブ２１内の空気流路２３と連通する複数の空気通路４８が設けられている。これらの空気通路４８は燃料ノズル２６ａの先端部外壁に設けた複数の空気噴出口４９と連通し、これらの空気噴出口４９には空気用スワラ５０が設けられている。これにより、空気ｅは空気用スワラ５０で旋回流を与えられ、空気噴出口４９から窒素の外周側の領域に噴出するようになっている。
【００５６】
すなわち、本実施形態では図６に示すように、燃料ノズル２６ａの先端部の中心位置に液体燃料ノズル部３９が設けられ、この液体燃料ノズル部３９の外周側に、液体燃料ノズル部３９を中心とし、かつ径が異なる環状配置で内周側から外周側に向って順次に、石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２および空気噴出口４９がそれぞれ複数設けられている。
【００５７】
他の構成については、前述した第１実施形態とほぼ同様であるから、図５および図６に、図３および図４と同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
上記構成の本実施形態によっても、各噴出口４２，４５，４９ではそれぞれスワラ４３，４６，５０により、石炭ガス化燃料ｃ、窒素ｄおよび空気ｅに旋回流を与えるので石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとを効率良く混合させることができる。
【００５９】
そして本実施形態の場合は液体燃料ノズル部３９の外周側に同心的に、かつ径を異ならせて内側から石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２、空気噴出口４９の順にそれぞれ噴出口を配列しであるので、燃焼室１６内の内周側の領域に噴出される石炭ガス化燃料ｃと、外周側の領域に噴出される空気ｅとの間に、窒素ｄが挟み込まれるかたちで供給される。すなわち、石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとが直接触れ合わないかたちで燃焼室１６に供給されるので、石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとの直接接触を抑制することができ、これにより燃焼ガスの局所的な高温化を防止し、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態によっても、窒素ｄを燃料ノズル２６ａを通して直接燃焼器ライナ１５内に噴出し、しかもこの窒素ｄにより石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとが直接触れ合わない状態で燃焼室１６内に噴出させるので、燃焼ガスの局所的な高温化を防ぎ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００６１】
第３実施形態（図７，図８）
図７は本発明の第３実施形態によるガスタービン燃焼器の燃料ノズルを拡大して示す断面図であり、図８は図７の右側面図（端面図）である。
【００６２】
本実施形態の燃料ノズルは、比較的燃焼性の低い石炭ガス化燃料を使用する場合を考慮して、燃焼安定性を確保しつつＮＯｘの低減が図れる構成としたものである。
【００６３】
すなわち、石炭ガス化炉で使用する原料炭は産地等により特性が異なっており、その特性の差によって石炭ガス化燃料の燃焼性にも差が生じる。燃焼性が高い石炭ガス化燃料を使用する場合には安定した拡散燃焼が行われるので、局所的な高温域の発生を防止してＮＯｘ発生量の低減のみを図ればよく、燃料と空気との直接接触を抑制する観点から窒素をそれらの接触領域全体に亘って供給すればよい。
【００６４】
しかしながら、燃焼性が低い石炭ガス化燃料を使用する場合には、空気との接触が不十分であると燃焼が不安定となったり、未燃成分として一酸化炭素が残存する可能性がある。このため、低燃焼性の石炭ガス化燃料を噴出させる燃料ノズルとしては、燃料と空気との接触が十分に行われる噴出機能を維持したうえで、局所的な高温域の発生を防止するべく窒素を供給することが望まれる。
【００６５】
そこで、本実施形態では燃料ノズル２６ｂの先端部の中心位置に液体燃料ノズル部３９を設け、この液体燃料ノズル部３９の外周側にこれと同心的な三重の環状配置で、かつ内側から順次に窒素噴出口４２、石炭ガス化燃料噴出口４５、および空気噴出口４９を設けた構成としている。
【００６６】
すなわち、本実施形態でも燃料ノズル２６ｂは円筒状を成し，この燃料ノズル２６ｂの軸心位置に前記各実施形態と同様に液体燃料通路３３、液体燃料噴出口３４、液体燃料噴霧空気通路３６および液体燃料噴霧空気噴出口３７等からなる液体燃料ノズル部３９が形成されている。
【００６７】
そして、液体燃料噴霧空気通路３６のすぐ外周側に、その基端側で窒素供給口３０と連通する窒素通路４１が環状に設けられている。この窒素通路４１の先端側は、燃料ノズル２６ｂの先端面で開口する複数の窒素噴出口４２に連通しており、この各窒素噴出口４２にはそれぞれ窒素用スワラ４３が設けられている。これにより、窒素ｄは液体燃料ノズル部３９のすぐ外周側で窒素用スワラ４３で旋回流を与えられ、各窒素噴出口４２から噴出されるようになっている。
【００６８】
また、窒素通路４１の外周側には石炭ガス化燃料供給口２９とその基端側で連通する石炭ガス化燃料通路４０が環状に形成されている。この石炭ガス化燃料通路４０の先端側は、燃料ノズル２６ａの先端面で開口する複数の石炭ガス化燃料噴出口４５に連通しており、この各石炭ガス化燃料噴出口４５にはそれぞれ石炭ガス化燃料用スワラ４６が設けられている。これにより、石炭ガス化燃料ｃは石炭ガス化燃料用スワラ４６で旋回流を与えられ、各石炭ガス化燃料噴出口４５から窒素ｄの外周側の領域に噴出するようになっている。
【００６９】
さらに、石炭ガス化燃料通路４０の先端部の外周側にはフロースーリブ２１内の空気流路２３と連通する複数の空気通路４８が設けられている。これらの空気通路４８は燃料ノズル２６ｂの先端部外壁に設けた複数の空気噴出口４９と連通し、これらの空気噴出口４９には空気用スワラ５０が設けられている。これにより、空気ｅは空気用スワラ５０で旋回流を与えられ、空気噴出口４９から石炭ガス化燃料ｃの外周側の領域に噴出するようになっている。
【００７０】
すなわち、本実施形態では図６に示すように、燃料ノズル２６ｂの先端部の中心位置に液体燃料ノズル部３９が設けられ、この液体燃料ノズル部３９の外周側に、液体燃料ノズル部３９を中心とし、かつ径が異なる環状配置で内周側から外周側に向って順次に、窒素噴出口４２、石炭ガス化燃料噴出口４５および空気噴出口４９がそれぞれ複数設けられている。
【００７１】
他の構成については、前述した第１実施形態とほぼ同様であるから、図７および図８に、図３および図４と同一の符号を付して説明を省略する。
【００７２】
このような構成の本実施形態によっても、各噴出口４２，４５，４９ではそれぞれスワラ４３，４６，５０にって旋回流が与えられるので、石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとを効率良く混合させることができる。
【００７３】
そしてこの場合、燃料ノズル２６ｂの先端面に内周側から外周側に順次に窒素噴出口４２、石炭ガス化燃料噴出口４５、空気噴出口４９を配置したことにより、燃焼室１６内の外周側の領域で石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとが直接接触する状態となり、一方、燃焼室１６内の内周側から噴出される窒素ｄが石炭ガスｃと空気ａとに混合することになる。
【００７４】
したがって、本実施形態では供給する石炭ガス化燃料ｃの燃焼性が低い場合であっても、その石炭ガス化燃料ｃが空気ｅとの直接接触によって安定した燃焼を持続でき、燃焼ガス中の未燃成分である一酸化炭素濃度を低減できるとともに、燃料ノズル２６ｂの内側から燃焼域に向って拡散する窒素ｄの作用によって効率よく燃焼ガスの温度を低下することができ、これにより、低ＮＯｘ化も十分に図ることができる。
【００７５】
第４実施形態（図９，図１０）
図９は本発明の第４実施形態によるガスタービン燃焼器の燃料ノズルを拡大して示す断面図であり、図１０は図９の右側面図（端面図）である。
【００７６】
本実施形態の第３実施形態と同様に、燃料ノズル２６ｃを燃焼性の低い石炭ガス化燃料の利用に好適な構成としたものである。但し、本実施形態では第３実施形態と異なり、燃料ノズル２６ｃの中心位置の液体燃料ノズル部３９の外周側にこれと同心的な二重の環状配置で石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２および空気噴出口４２を設けてある。
【００７７】
すなわち、本実施形態では図９および図１０に示すように、燃料ノズル２６ｃは円筒状を成し、この燃料ノズル２６ｃの中心位置に設けた液体燃料通路３３、これに連通する燃料ノズル２６ｃ先端側の液体燃料噴出口３４、液体燃料通路３３の外周に設けた液体燃料噴霧空気通路３６、およびこれに連通する燃料ノズル２６ｃ先端の液体燃料噴霧空気噴出口３７によって液体燃料ノズル部３９が形成されている。
【００７８】
そして、液体燃料噴霧空気通路３６の外周側に、石炭ガス化燃料供給口２９とその基端部側で連通する石炭ガス化燃料通路４０が環状に設けられ、この石炭ガス化燃料通路４０の先端側は燃料ノズル２６ｃの先端面で開口する複数の石炭ガス化燃料噴出口４５と連通している。この石炭ガス化燃料噴出口４５にはそれぞれ石炭ガス化燃料用スワラ４６が設けられている。
【００７９】
石炭ガス化燃料通路４０の外周側には、窒素通路４１と空気通路４８とが複数、環状配置で周方向に交互に設けられている。窒素通路４１の基端側は窒素供給口３０と連通し、先端側は窒素噴出口４２と連通している。窒素噴出口４２には窒素用スワラ４３が設けられている。また、空気通路４８の基端側は空気流路２３と連通し、先端側は空気噴出口４９と連通している。空気噴出口４９には空気用スワラ５０が設けられている。
【００８０】
窒素通路４１と空気通路４８とは、それらの先端側が次第に燃料ノズル２６ｃの中心側に向かう傾斜をもち、これにより、窒素ｄおよび空気ｅは燃焼室１６の中心側に向って噴出するようになっている。
【００８１】
他の構成については、前述した第１実施形態とほぼ同様であるから、図９および図１０に、図３および図４と同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
このような構成の本実施形態において、ガスタービン１３の通常運転時には、燃料ノズル２６ｃの先端部の石炭ガス化燃料噴出口４５、窒素噴出口４２および空気噴出口４９からそれぞれ石炭ガス化燃料ｃ、窒素ｄ、空気ｅを噴出させ、燃焼室１６で拡散燃焼させる。各噴出口４５、４２、４９ではそれぞれスワラ４６、４３、５０によって旋回流が与えられるので、石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとを効率良く混合することができる。
【００８３】
しかも、石炭ガス化燃料ｃは石炭ガス化燃料噴出口４５から燃焼室１６の内側領域に噴出され、窒素ｄおよび空気ｅは窒素噴出口４２および空気噴出口４９から石炭ガス化燃料ｃの外側領域で、周方向において互いに隣接した状態で燃焼室１６の中心側に向って噴出される。したがって、窒素ｄと空気ｅとが燃焼室１６内の外側の領域で周方向で良好な混合状態となりつつ、径方向ではその混合の途中で内側領域の石炭ガス化燃料ｃと接触するので、この石炭ガス化燃料ｃが燃焼性の低いものである場合に空気ｅと十分に接触しつつ、全体としては窒素ｄによる冷却効果も与えられる。
【００８４】
よって本実施形態によっても、燃焼性が低い石炭ガス化燃料ｃを用いた場合、石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとの直接接触により燃焼ガスの燃焼が安定し、燃焼ガスの一酸化炭素濃度を低減させることができると同時に、燃料ノズル２６ｃから窒素ｄを燃焼室１６内に直接供給することにより、燃焼ガスの温度を低下させることができ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化も図れる。
【００８５】
第５実施形態（図１１，図１２）
図１１は本実施形態によるガスタービン燃焼器の燃料ノズルを拡大して示す断面図であり、図１２は図１１の右側面図（端面図）である。
【００８６】
本実施形態では、第４実施形態における、石炭ガス化燃料噴出口４５と窒素噴出口４２とを入れ替えた構成としたものである。
【００８７】
すなわち、図１１および図１２に示すように、本実施形態では、液体燃料ノズル部３９の外周側に、この液体燃料ノズル部３９を中心として、窒素噴出口４２が環状に複数設けられており、この窒素噴出口４２の外周に燃料ノズル部３９を中心としてほぼ同一半径位置に、石炭ガス化燃料噴出口４５および空気噴出口４９が環状に複数設けられている。そして、この石炭ガス化燃料噴出口４５と空気噴出口４９とは周方向に交互に配列されている。
【００８８】
その他の構成については第４実施形態とほぼ同様であるから、図１１および図１２に図９および図１０と同一の符号を付して説明を省略する。
【００８９】
このような構成の本実施形態においては、ガスタービン１３の通常運転時に窒素噴出口４２、石炭ガス化燃料噴出口４５および空気噴出口４９からそれぞれ石炭ガス化燃料ｃ、窒素ｄおよび空気ｅがスワラ４３、４６、５０により旋回流を与えられ、燃焼室１６内に噴出することにより、これら石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとを前記第４実施形態と同様に、効率良く混合することができる。
【００９０】
しかも、液体燃料ノズル部３９の外側に石炭ガス化燃料噴出口４５および空気噴出口４９から燃焼室１６内の外周側の領域に石炭ガス化燃料ｃおよび空気ｅを噴出することにより、その領域で石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとを直接的に接触させるようにしたので、使用する石炭ガス化燃料ｃが燃焼性の低いものであっても燃焼を十分に安定させることができるとともに、燃焼ガス中の未燃成分である一酸化炭素濃度を低減することができる。
【００９１】
また、石炭ガス化燃料ｃおよび空気ｅを燃焼室１６内の中心側に向けて噴出させる一方、燃焼室１６内の内周側の領域には窒素噴出口４２から窒素ｄを噴出させ、これらの混合により窒素ｄによる冷却機能も十分に発揮することができ、燃焼ガスの温度を低下させ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を効果的に図ることができる。
【００９２】
第６実施形態（図１３，図１４）
図１３は本実施形態によるガスタービン燃焼器の燃料ノズルを拡大して示す断面図であり、図１４は図１３の右断面図（端面図）である。
【００９３】
本実施形態は、燃料ノズル２６ｅ内で窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃとを混合させ、窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆとして燃焼室１６内に噴出する構成を採用したものである。
【００９４】
すなわち、本実施形態では、図１３および図１４に示すように、燃料ノズル２６ｅは円筒状を成し、この燃料ノズル２６ｅの軸心位置に液体燃料通路３３が設けられている。この液体燃料通路３３は前記各実施形態と同様に、燃料ノズル２６ｅの基端側において液体燃料供給口２７と連通するとともに、燃料ノズル２６ｅの先端側においてその端面に開口した液体燃料噴出口３４に連通している。この液体燃料通路３３の外周に液体燃料噴霧空気通路３６が環状に形成され、この液体燃料噴霧空気通路３６も前記各実施形態と同様に、燃料ノズル２６ｅの基端部側において液体燃料噴霧空気供給口２８に連通するとともに、燃料ノズル２６ｅの先端側においてその端面に開口した複数の液体燃料噴霧空気噴出口３７に連通し、液体燃料噴霧空気通路３６の先端部付近には液体燃料噴霧空気用スワラ３８が設けられている。これにより、液体燃料噴出口３４と液体燃料噴霧空気噴出口３７とで液体燃料ノズル部３９を形成している。
【００９５】
液体燃料噴霧空気通路３６の外周側には、石炭ガス化燃料供給口２９とその基端側で連通する石炭ガス化燃料通路４０が環状に設けられ、この石炭ガス化燃料通路４０の先端側は複数の石炭ガス化燃料噴出口４５と連通している。さらに、石炭ガス化燃料噴出口４５には、石炭ガス化燃料用スワラ４６がそれぞれ設けられ、石炭ガス化燃料ｃに旋回流を与えるようになっている。
【００９６】
石炭ガス化燃料通路４０の外周側には、窒素供給口３０とその基端部で連通する窒素通路４１が環状に設けられている。この窒素通路４１の先端側に向かう途中位置に、石炭ガス化燃料通路４０から石炭ガス化燃料ｅを噴出させる石炭ガス化燃料混合用噴出部５２が設けられている。この石炭ガス化燃料混合用噴出部５２は、石炭ガス化燃料通路４０と連通する複数の連通孔５２ａと、この連通孔５２ａの周囲から窒素通路４１側に突出してその窒素通路４１内の通路方向に噴出孔５２ｂが開口するノズル部５２ｃとにより構成され、窒素通路４１内に石炭ガス化燃料ｃの一部を噴出させ、窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃの一部との混合を行うようになっている。
【００９７】
そして、窒素通路４１の先端側は、燃料ノズル２６ｃの先端面に開口する複数の窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１に連通し、この各窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１には窒素・石炭ガス化燃料混合気用スワラ５３が設けられ、噴出される窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆに旋回流を与えるようになっている。なお、窒素・石炭ガス化燃料噴出口５１は燃焼室１６の中心側に向かう傾向をもって開口している。
【００９８】
これにより、窒素ｄは窒素通路４１の基端側から先端側に向かって流れ、窒素通路４１内で石炭ガス化燃料ｃの一部と混合して窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆとなり、窒素・石炭ガス化燃料混合気用スワラ５３で旋回流を与えられた後、窒素・石炭ガス化燃料噴出口５１から燃焼室１６の中心側に向かって噴出するようになっている。
【００９９】
また、石炭ガス化燃料通路４０の先端部外周側には空気流路２３とその基端側で連通する空気通路４８が複数、窒素通路４１と同一半径位置に交互配列で設けられ、この各空気通路４８の先端部は燃料ノズル２６ｅの先端面で開口する空気噴出口４９に連通している。空気噴出口４９には空気用スワラ５０がそれぞれ設けられ、この空気用スワラ５０で空気ｅに旋回流を与えるようになっている。また、空気噴出口４９は燃料ノズル２６ｅの軸心側に向う傾斜をもって開口し、これにより、空気ｅは燃焼室１６の中心側に向かって噴出されるようになっている。
【０１００】
このような構成の本実施形態において、ガスタービン１３の起動時から通常運転までの燃料切換えは前記各実施形態と同様に行われ、通常運転時には石炭ガス化燃料ｃが供給される。この場合、石炭ガス化燃料ｃは石炭ガス化燃料通路４０を介して石炭ガス化燃料噴出口４５から燃焼室１６内の内周側の領域に噴出されるとともに、その一部は石炭ガス化燃料混合用噴出部５２を介して窒素通路４１内に流入し、窒素通路４１に供給される窒素ｄと混合し、窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆとなって、窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１から燃焼室１６内の外周側の領域に中心側に向って噴出される。この場合、空気ｅは空気通路４８を介し、空気噴出口４９から燃焼室１６内に空気・石炭ガス化燃料混合気ｆと同一の外側領域に噴出される。
【０１０１】
これにより、空気ｅは燃焼室１６内で初めに窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆと合流するが、この場合予め石炭ガス化燃料ｃには燃料ノズル２６ｅ内で窒素ｄが混合しているので、石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとの直接接触は効果的に抑制される。また、石炭ガス化燃料噴出口４５から噴出される石炭ガス化燃料ｃは燃焼室１６内の内周側の領域に供給されるので、空気ｅの一部はこの単独噴出される石炭ガス化燃料ｃと接触する。
【０１０２】
したがって、本実施形態によれば、石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとが効率良く混合し、燃焼ガスの温度を下げ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができるとともに、石炭ガス化燃料ｃの一部を単独で供給しているので、燃焼が安定し、燃焼ガスの未燃成分である一酸化炭素濃度を減少することができる。
【０１０３】
以上のように、本実施形態によれば窒素通路４１内で窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃの一部とを混合させるため、効率的に窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃの一部とを混合することができ、効果的に燃焼ガスの燃焼温度を下げ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１０４】
また、本実施形態によれば石炭ガス化燃料ｃの一部は直接燃焼室１６に供給されるので、燃焼が安定し、燃焼ガスの未燃成分である一酸化炭素濃度を低減できる。
【０１０５】
第７実施形態（図１５，図１６）
図１５は本実施形態によるガスタービン燃焼器の燃料ノズルを拡大して示す断面図であり、図１６は図１５の右側面図（端面図）である。
【０１０６】
本実施形態では、窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃの全部とを窒素通路４１内で混合させている点が第６実施形態と異なる。なお燃料ノズル２６ｆ以外の部分は第一実施形態と異ならないので図示および説明を省略する。
【０１０７】
本実施形態では図１５および図１６に示すように、燃料ノズル２６ｆは円筒状を成し、この燃料ノズル２６ｆの軸心位置に液体燃料通路３３が設けられている。この液体燃料通路３３は前記各実施形態と同様に、燃料ノズル２６ｆの基端側において液体燃料供給口２７と連通するとともに、燃料ノズル２６ｆの先端側においてその端面に開口した液体燃料噴出口３４に連通している。この液体燃料通路３３の外周に液体燃料噴霧空気通路３６が環状に形成され、この液体燃料噴霧空気通路３６も前記各実施形態と同様に、燃料ノズル２６ｆの基端部側において液体燃料噴霧空気供給口２８に連通するとともに、燃料ノズル２６ｆの先端側においてその端面に開口した複数の液体燃料噴霧空気噴出口３７に連通し、液体燃料噴霧空気通路３６の先端部付近には液体燃料噴霧空気用スワラ３８が設けられている。これにより、液体燃料噴出口３４と液体燃料噴霧空気噴出口３７とで液体燃料ノズル部３９を形成している。
【０１０８】
液体燃料噴霧空気通路３６の外周側で、燃料ノズル２６ｆの基端側には、石炭ガス化燃料供給口２９とその基端部側で連通する石炭ガス化燃料通路４０が環状に設けられている。液体燃料噴霧空気通路３６の外周側で、燃料ノズル２６ｆの先端側には、窒素供給口３０とその基端部側で連通する窒素通路４１が環状に設けられている。石炭ガス化燃料通路４０の先端部と窒素通路４１の基端部とは石炭ガス化燃料混合用噴出部５２で連通している。この石炭ガス化燃料混合用噴出部５２には石炭ガス化燃料用スワラ４６が設けられている。これにより、石炭ガス化燃料ｃは、石炭ガス化燃料通路４０の基端部から先端部に向かって流れ、石炭ガス化燃料用スワラ４６で旋回流を与えられた後、窒素通路４１の基端部に噴出し、窒素ｄと混合するようになっている。
【０１０９】
基端側で環状の窒素通路４１は、先端側で複数に分岐し、この分岐した各部分は窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１と連通している。この窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１にはそれぞれ窒素石炭ガス化燃料用スワラ５３が設けられている。また、窒素通路４１は先端側で、通路が狭まっていて、窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆを昇圧するようになっている。これにより、窒素ｄは窒素通路４１の基端部で石炭ガス化燃料ｃと混合するようになっている。窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆは、窒素通路４１内を基端部から先端部へと向かって流れ、窒素通路４１の先端側で分岐し、昇圧され、窒素・石炭ガス化燃料混合気用スワラ５３で旋回流を与えられた後、窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１から噴出するようになっている。
【０１１０】
液体燃料噴霧空気通路３６の先端部外周側には、空気流路２３とその基端部側で連通する複数の空気通路４８が設けられている。空気通路４８は先端部側で空気噴出口４９と連通している。この空気噴出口４９は燃料ノズル２６ｆの軸心側に向かって次第に開口している。さらに、空気噴出口４９にはそれぞれ空気用スワラ５０が設けられ、空気に旋回流を与えるようになっている。また、空気通路４８は先端側で通路が狭まり、空気を昇圧するようになっている。これにより、空気ｅは空気通路４８の基端部から先端部へ向かって流れ、空気通路４８の先端側で昇圧し、空気用スワラ５０で旋回流を与えられた後、空気噴出口４９から噴出されるようになっている。
【０１１１】
本実施形態において、ガスタービン１３の起動時は、液体燃料ノズル部３９から液体燃料ａを噴霧し、この液体燃料ａを燃焼させる。ガスタービン１３負荷が上昇するに伴いメイン燃料として石炭ガス化燃料ｃの供給量を増大させるとともに液体燃料ａの供給量を減少させ、ガスタービン１３を通常運転に移行させる。
【０１１２】
ガスタービン１３の通常運転時は、燃料ノズル２６ｆの先端部の窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１、空気噴出口４９からそれぞれ窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆ、空気ｅを噴出させ、燃焼室１６で拡散燃焼させる。
【０１１３】
窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１と空気噴出口４９にはそれぞれ窒素・石炭ガス化燃料混合気用スワラ５３と空気用スワラ５０を設けているので、窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃと空気ｅとを効率良く混合することができる。
【０１１４】
また、窒素通路４１内に石炭ガス化燃料混合用噴出口５２を設け、この石炭ガス化燃料混合用噴出口５２から石炭ガス化燃料ｃを噴出させて、窒素通路４１内で窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃとを混合させるので、窒素ｄと石炭ガス化燃料ｃとを効率良く混合させることができる。また、この窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆを窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１から噴出させ、燃焼室１６内に供給するので、燃焼室１６内の石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとの混合の度合いによらず、燃焼ガスの温度を下げ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１１５】
さらに、液体燃料ノズル部３９の外周側のほぼ同一半径位置に環状配置で、窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１と空気噴出口４９とを設け、これらの窒素・石炭ガス化燃料混合気噴出口５１と空気噴出口４９は周方向に交互に配列し、各噴出口５１、４９から窒素・石炭ガス化燃料混合気ｆおよび空気ｅを噴出させるので、石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとを効率良く混合させることができる。
【０１１６】
以上のように、本実施形態によれば、窒素通路４１内で石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄとを混合させて、燃焼室１６内に供給するので、燃焼室１６内の石炭ガス化燃料ｃと窒素ｄと空気ｅとの混合度合いによらず、燃焼ガスの温度を下げ、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１１７】
なお、以上の実施形態では石炭ガス化燃料を使用する場合について説明したが、重油等の他のガス化燃料を使用する場合についても同様に適用することができる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明に係るガスタービン燃焼器によれば、ＮＯｘ発生率の高いガス化燃料を用いた拡散燃焼において、燃焼室内に窒素を効率的に供給することで、窒素を燃料または空気と完全に混合したときと同様に、燃焼ガスの局所的な高温部を抑制し、燃焼ガスの低ＮＯｘ化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービン燃焼器の第１実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１に示したガスタービン燃焼器を拡大して示す断面図。
【図３】図２に示した燃料ノズルを拡大して示す断面図。
【図４】図３の右側面図（端面図）。
【図５】本発明によるガスタービン燃焼器の第２実施形態を示すもので、燃料ノズルを拡大して示す断面図。
【図６】図５の右側面図（端面図）。
【図７】本発明によるガスタービン燃焼器の第３実施形態を示すもので、燃料ノズルを拡大して示す断面図。
【図８】図７の右側面図（端面図）。
【図９】本発明によるガスタービン燃焼器の第４実施形態を示すもので、燃料ノズルを拡大して示す断面図。
【図１０】図９の右側面図（端面図）。
【図１１】本発明によるガスタービン燃焼器の第３実施形態を示すもので、燃料ノズルを拡大して示す断面図。
【図１２】図１１の右側面図（端面図）。
【図１３】本発明によるガスタービン燃焼器の第６実施形態を示すもので、燃料ノズルを拡大して示す断面図。
【図１４】図１３の右側面図（端面図）。
【図１５】本発明によるガスタービン燃焼器の第７実施形態を示すもので、燃料ノズルを拡大して示す断面図。
【図１６】図１５の右側面図（端面図）。
【図１７】従来のガスタービン燃焼器を示す断面図。
【符号の説明】
１ガスタービン燃焼器
２外筒
３フロースリーブ
４燃焼器ライナ
５トランジションピース
７空気流路
８ヘッドプレート
９燃料ノズル
１０窒素供給口
１１ガスタービン燃焼器
１３ガスタービン
１３ａ主軸
１４空気圧縮機
１５燃焼器ライナ
１６燃焼室
１７トランジションピース
２０外筒
２１フロースリーブ
２２燃焼器ライナ
２３空気流路
２４ヘッドプレート
２６燃料ノズル
２７液体燃料供給口
２８液体燃料噴霧空気供給口
２９石炭ガス化燃料供給口
３０窒素供給口
３３液体燃料通路
３４液体燃料噴出口
３６期待燃料噴霧空気通路
３７得体燃料噴霧空気噴出口
３８液体燃料噴霧空気用スワラ
３９液体燃料ノズル部
４０石炭ガス化燃料通路
４０ａガイド部
４０ｂ隔壁
４１ａ先端部外壁
４１ｂ隔壁
４１窒素通路
４２窒素噴出口
４３窒素用スワラ
４５石炭ガス化燃料噴出口
４６石炭ガス化燃料用スワラ
４８空気通路
４９空気噴出口
５０空気用スワラ
５１窒素石炭ガス化燃料混合気噴出口
５２石炭ガス化燃料混合用噴出部
５２ａ連通孔
５２ｂ噴出孔
５２ｃノズル部
５３窒素・石炭ガス化燃料混合気用スワラ
ａ液体燃料
ｂ液体燃料噴霧空気
ｃ石炭ガス化燃料
ｄ窒素
ｅ空気
ｆ窒素・石炭ガス化燃料混合気[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine combustor used in a gas turbine power plant or a combined cycle power plant, and in particular, nitrogen is supplied together with gasified fuel and air into a combustion chamber to suppress local high temperature in diffusion combustion, and combustion gas The present invention relates to a gas turbine combustor that achieves low NOx.
[0002]
[Prior art]
A plurality of gas turbine combustors are incorporated in a gas turbine power plant or a combined cycle power plant, and fuel burned in the gas turbine combustor is converted into combustion gas and guided to the gas turbine to drive the gas turbine. It is like that. In such a gas turbine, when the gas turbine inlet temperature is raised, the gas turbine thermal efficiency is improved, so that the gas turbine inlet temperature, that is, the outlet temperature of the gas turbine combustor is raised and the power plant is made more efficient.
[0003]
However, if the combustion gas temperature in the combustion region of the gas turbine combustor is excessively increased, the amount of NOx generated increases. Further, the combustion gas temperature is restricted by the heat resistance limit of the material of the turbine part and the combustor part.
[0004]
By the way, in a gasification combined power plant, after coal, heavy oil, etc. are gasified with a gasification furnace, it refine | purifies with a gas purification apparatus, and is supplied to a gas turbine combustor as gasification fuel. In the case of coal gasification fuel, the fuel composition and the calorific value differ depending on the type of gasification furnace. For example, in an oxygen-blown gasification furnace, the fuel calorific value is about 10 to 13 MJ / NM.^ThreeMedium calorie gasified fuel is refined, and the fuel composition is mostly hydrogen and carbon monoxide. In the oxygen-blown gasifier, oxygen separated from nitrogen in the air by an oxygen production plant is used. When the gas purification method is dry, ammonia is contained in the gasified fuel. In such a gasification combined power plant, in order to increase the efficiency of the gas turbine, it is necessary to increase the temperature and simultaneously reduce NOx due to environmental problems.
[0005]
In a conventional gas turbine combustor, a lean premixing method in which fuel and air are mixed in advance and burnt in a fuel lean state is known as a technique for suppressing the generation of NOx.
[0006]
However, when the lean premixing method is used for fuel that contains a lot of hydrogen, such as gasified fuel, the combustion speed of hydrogen exceeds the lean premixed gas ejection speed because the combustion speed of hydrogen is high, and the flame is the fuel. A phenomenon of reverse flow inside the nozzle, that is, a so-called flashback phenomenon occurs, which may burn the combustor parts.
[0007]
For this reason, it is difficult to employ gasified fuel in a lean premixing system. Therefore, it is necessary to adopt a diffusion combustion method in which fuel and air are diffused and mixed in the combustion chamber and burned. However, the temperature of the combustion gas by diffusion combustion locally becomes a high temperature close to the adiabatic flame temperature. For example, the adiabatic flame temperature of coal gasification fuel containing a lot of hydrogen and carbon monoxide is equal to or higher than the adiabatic flame temperature of LNG fuel, even though it is a medium calorie fuel. A large amount of NOx is generated, equivalent to the case where LNG fuel is diffusely burned.
[0008]
In recent years, research has been conducted to effectively use nitrogen separated from oxygen in an oxygen production plant from the viewpoint of efficiency improvement and environmental conservation of a combined gasification power plant. That is, in the gas turbine combustor, nitrogen that is not directly involved in combustion is supplied into the combustion chamber, thereby suppressing the local high temperature portion of the combustion gas and reducing the NOx generation amount of the combustion gas. As an example, as shown in 94-GT-366 in the literature of ASME (THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS) in 1994, nitrogen is supplied from the head of the gas turbine combustor in the same manner as steam injection, Air and nitrogen are mixed and sent to the combustion chamber, where they are burned with air with a reduced oxygen concentration.
[0009]
FIG. 17 is a schematic configuration diagram illustrating a gas turbine combustor of a conventional coal gasification combined power plant using such nitrogen gas.
[0010]
As shown in FIG. 17, the gas turbine combustor 1 accommodates a combustor liner 4 as an inner cylinder inside the outer cylinder 2 and the flow sleeve 3, and a transition piece 5 is connected to the downstream side of the combustor liner 4. It is configured. A combustion chamber 6 is formed in the combustor liner 4. An annular air flow path 7 is formed between the outer cylinder 2 and the flow sleeve 3 and the combustor liner 4. Air compressed by an air compressor (not shown) through the air flow path 7 is guided to the head side of the combustor liner 4.
[0011]
A fuel nozzle 9 supported via a head plate 8 is connected to the head side of the combustor liner 4. The fuel nozzle 9 is provided with a liquid fuel supply port 9a, a liquid fuel spray air supply port 9b, and a coal gasification fuel supply port 9c on the base end side. Liquid fuel a supplied from fuel piping₀, Liquid fuel spray air b₀And coal gasification fuel c₀Is supposed to be introduced. And the liquid fuel a introduced from each supply port 9a-9c₀, Liquid fuel spray air b₀And coal gasification fuel c₀Are injected into the combustor liner 4 from the nozzle outlet on the nozzle tip side through the passage in the fuel nozzle 9.
[0012]
In this structure, a nitrogen supply port 10 is provided on the outer peripheral side of the fuel nozzle 9 of the head plate 8, and nitrogen d supplied from a nitrogen pipe (not shown).₀Is supposed to be introduced. Nitrogen d introduced from the nitrogen supply port 10₀Is injected from the nitrogen outlet 10 a provided in the head plate 8 to the outer peripheral side of the tip of the fuel nozzle 9. The air e in which this injected nitrogen flowed in via the air flow path 7 on the outer peripheral side of the tip of the fuel nozzle 9₀Thereby mixing with air e₀Is supplied to the combustion chamber 8 from the tip of the fuel nozzle 9 in a state where the oxygen concentration is lowered.
[0013]
During plant operation, first the liquid fuel a₀Start ignition operation by supplying the gas, and then gasified fuel c as the main fuel₀Switch to normal supply and shift to normal operation. Nitrogen d during this normal operation₀Air with reduced oxygen concentration₀Gasified fuel c₀Is burned to lower the combustion temperature and suppress NOx.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional gas turbine combustor described above, the air e in the air flow path 7 is simply used.₀A portion of the nitrogen d₀However, there is a tendency that the mixture flows into the combustion chamber 6 without necessarily being sufficiently mixed. Moreover, this air e₀And nitrogen d₀Gas flows from the periphery of the fuel nozzle 9 into the combustion chamber 6 in a disorderly manner, so that the gasified fuel c injected into the central region of the combustion chamber 6₀And air e₀Nitrogen d in contact with₀Were not necessarily inflows. That is, in the conventional configuration, air e₀And nitrogen d₀Before mixing with gasified fuel c₀And air e₀Is likely to come into contact with the air e₀And gasified fuel c₀Occurs in the local combustion zone where the₀Although the amount of NOx generated is smaller than that in a state where NO is not supplied at all, a large amount of NOx may still be generated.
[0015]
Therefore, as a means for enhancing the NOx suppression function under the above-described configuration, nitrogen d into the combustion chamber 6 is used.₀Increase the amount of blown nitrogen d₀Air₀It is conceivable to increase the mixing ratio with respect to.
[0016]
However, simply increasing the amount of nitrogen supplied to the combustion chamber 6 lowers the flame temperature, and even if effective in reducing NOx, the amount of nitrogen supplied becomes excessive and the flame temperature decreases excessively, causing combustion. May become unstable, and other problems may occur such as carbon monoxide, an unburned component, remaining in the fuel gas.
[0017]
On the other hand, it is also conceivable to mix nitrogen and gasified fuel in advance by mixing nitrogen into the gasified fuel pipe. However, for that purpose, the nitrogen pressure needs to be increased by a compressor or the like above the gasification fuel pressure. In this case, there is a problem that the efficiency of the combined cycle plant is lowered.
[0018]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and its purpose is to efficiently supply nitrogen into the combustion chamber in diffusion combustion using gasified fuel having a high NOx generation rate, thereby reducing the combustion gas. An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of reducing NOx.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a gas turbine combustor according to claim 1 is a gas turbine combustor that uses gasified fuel as a main fuel and liquid fuel as an ignition starting fuel, wherein each of the fuels is used. A fuel nozzle provided on the head side of the combustor liner is selectively ejected into the combustor liner and diffused and combusted with combustion air, and nitrogen is supplied to the combustion zone for lowering the combustion temperature. A nitrogen supply part is provided in the fuel nozzle, and the nitrogen supply part is a path for injecting nitrogen into the combustor liner as a single substance or as a nitrogen mixture to the gasification fuel at a contact portion between the gasification fuel and air. It has a configuration with.
[0020]
A gas turbine combustor according to claim 2 is a gas turbine combustor provided with a fuel nozzle on a head side of a combustor liner, wherein a liquid fuel nozzle portion is provided at a center position of a tip portion of the combustion nozzle, and the liquid fuel A plurality of outlets for independently injecting gasified fuel, nitrogen and air into the combustor liner in an annular arrangement at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the nozzle portion are provided, and these outlets are alternately arranged. The arrangement is such that both sides of the gasification fuel outlet become nitrogen outlets and both sides of the air outlet become nitrogen outlets.
[0021]
A gas turbine combustor according to a third aspect of the present invention is the gas turbine combustor provided with the fuel nozzle on the head side of the combustor liner, wherein a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, and the liquid fuel A plurality of outlets are provided at intervals on the outer peripheral side of the nozzle portion, concentrically and with different diameters, respectively, to inject gasified fuel, nitrogen, and air into the combustor liner. The gasification fuel outlet, the nitrogen outlet, and the air outlet are arranged in this order from the inner peripheral side.
[0022]
A gas turbine combustor according to a fourth aspect of the present invention is the gas turbine combustor provided with the fuel nozzle on the head side of the combustor liner, wherein a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, and the liquid fuel A plurality of outlets are provided at intervals on the outer peripheral side of the nozzle portion, concentrically and with different diameters, respectively, to inject gasified fuel, nitrogen, and air into the combustor liner. From the inner periphery side, the nitrogen jet port, the gasified fuel jet port, and the air jet port are arranged in this order.
[0023]
A gas turbine combustor according to a fifth aspect of the present invention is the gas turbine combustor provided with the fuel nozzle on the head side of the combustor liner, wherein a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, and the liquid fuel A plurality of gasified fuel outlets for injecting gasified fuel into the combustor liner are provided in an annular arrangement on the outer peripheral side of the nozzle portion, and nitrogen is injected at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the gasified fuel outlet. A plurality of nitrogen outlets and air outlets for ejecting air are alternately arranged in the circumferential direction in an annular arrangement.
[0024]
A gas turbine combustor according to claim 6 is a gas turbine combustor provided with a fuel nozzle on a head side of a combustor liner, wherein a liquid fuel nozzle portion is provided at a center position of a tip portion of the fuel nozzle, and the liquid fuel A plurality of nitrogen outlets for injecting nitrogen into the combustor liner are provided in an annular arrangement on the outer peripheral side of the nozzle portion, and the gasified fuel injects gasified fuel at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the nitrogen outlet. A plurality of jet nozzles and air jet nozzles for jetting air are alternately arranged in the circumferential direction in an annular arrangement.
[0025]
A gas turbine combustor according to a seventh aspect of the present invention is the gas turbine combustor provided with the fuel nozzle on the head side of the combustor liner, wherein a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, and the liquid fuel A plurality of jet outlets are provided at intervals on the outer peripheral side of the nozzle portion, concentrically and with different diameters to jet gasified fuel, nitrogen / gasified fuel mixture and air into the combustor liner, respectively. The jet outlet of the liquid fuel nozzle portion is arranged to be a gasification fuel jet outlet, and the outer circumference side of the gasification fuel jet outlet is a nitrogen / gasification fuel mixture jet outlet and an air jet outlet, and the nitrogen gas The fuel-fuel mixture jet outlets and the air jet outlets are alternately arranged in the circumferential direction.
[0026]
A gas turbine combustor according to an eighth aspect of the present invention is the gas turbine combustor provided with the fuel nozzle on the head side of the combustor liner, wherein a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, and the liquid fuel A plurality of outlets for injecting the nitrogen / gasified fuel mixture and air into the combustor liner in an annular arrangement at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the nozzle portion are provided at intervals, so that the nitrogen / gasified fuel mixture is injected. The outlets and the air jet outlets are alternately arranged in the circumferential direction.
[0027]
A gas turbine combustor according to a ninth aspect is the gas turbine combustor according to any one of the first to eighth aspects, wherein a swirler is provided at each outlet of the fuel nozzle.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, each following embodiment is applied to the gas turbine combustor of the combined power plant using coal gasification fuel.
[0029]
1st Embodiment (FIGS. 1-4)
FIG. 1 is a schematic view showing an arrangement configuration of a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an air compressor 14 is provided coaxially with the main shaft 13 a of the gas turbine 13, and the gas turbine combustor 11 is disposed around the main shaft 13 a at an intermediate position between the air compressor 14 and the gas turbine 13. A plurality of units, for example, 14 to 18 units are installed.
[0030]
During operation of the gas turbine, high-pressure air discharged by driving the air compressor 14 is guided to the gas turbine combustor 11, and fuel is burned in the combustion chamber 16 formed in the combustor liner 15 of the gas turbine combustor 11. Let The combustion gas is guided to the gas turbine 13 through the transition piece 17 and the gas turbine 13 is driven to work, and a generator (not shown) connected to the gas turbine 13 is rotationally driven.
[0031]
FIG. 2 is an enlarged configuration diagram illustrating the gas turbine combustor 11 according to the present embodiment.
[0032]
As shown in FIG. 2, the gas turbine combustor 11 has a configuration in which a combustor liner 22 is accommodated as an inner cylinder inside the outer cylinder 20 and the flow sleeve 21, and a transition is provided on the downstream side of the combustor liner 22. Piece 17 is connected. A combustion chamber 16 is formed in the combustor liner 22. An annular air flow path 23 is formed between the outer cylinder 20 and the flow sleeve 21 and the combustor liner 22.
[0033]
A fuel nozzle 26 supported via a head plate 24 is connected to the head side of the combustor liner 22. The fuel nozzle 26 includes a liquid fuel supply port 27, a liquid fuel spray air supply port 28, a coal gasification fuel supply port 29, and a nitrogen supply port 31 on the base end side. Liquid fuel a, liquid fuel sprayed air b, coal gasified fuel c, and nitrogen d supplied from piping, coal gasification fuel piping and nitrogen piping are introduced.
[0034]
Then, the liquid fuel a, the liquid fuel sprayed air b, the coal gasified fuel c, and the nitrogen d introduced from the supply ports 27 to 31 pass through the passages in the fuel nozzle 26 and are respectively supplied from the jet outlets described later to the combustor liner 22. It is designed to be ejected inside. As nitrogen d, nitrogen generated when oxygen is separated from air in an oxygen production plant of a coal gas refining apparatus (not shown) is used. Further, the air e compressed by the air compressor 14 is supplied to the outer peripheral side of the tip of the fuel nozzle 26 via the air flow path 23.
[0035]
3 is an enlarged cross-sectional view of the fuel nozzle 26 shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a right side view (end view) of FIG.
[0036]
As shown in FIGS. 3 and 4, the fuel nozzle 26 has a cylindrical shape, and a liquid fuel passage 33 is provided at the axial center of the fuel nozzle 26. The liquid fuel passage 33 communicates with the liquid fuel supply port 27 on the base end side of the fuel nozzle 26, and communicates with the liquid fuel jet port 34 opened on the end surface of the fuel nozzle 26 on the distal end side. A plurality of the liquid fuel jets 34 are formed at intervals in the circumferential direction of the fuel nozzle 26, and open with an inclination gradually outward from the axis of the fuel nozzle 26. As a result, the liquid fuel a flows from the proximal end portion to the distal end portion of the liquid fuel passage 33 and is then ejected radially from the liquid fuel outlet 34 toward the centrifugal center with respect to the axis of the fuel nozzle 26. It is like that.
[0037]
A liquid fuel spray air passage 36 is formed in an annular shape on the outer peripheral side of the liquid fuel passage 33. The liquid fuel spray air passage 36 communicates with the liquid spray air supply port 28 in the same manner as described above, and also communicates with a plurality of liquid fuel spray air ejection ports 37 opened at the end face of the fuel nozzle 26 on the tip end side. Each of the liquid fuel spray air jets 37 is gradually opened with an inclination toward the axis of the fuel nozzle 26. A liquid fuel spray air swirler 38 is provided near the tip of the liquid fuel spray air passage 36.
[0038]
Then, after the liquid fuel spray air b flows from the base end portion to the tip end portion of the liquid fuel spray air passage 36, a swirl flow is given by the liquid fuel spray air swirler 38, contrary to the liquid fuel a. The fuel nozzle 26 is ejected toward the axial center side. As a result, the liquid fuel a ejected outward from the axis of the fuel nozzle 26 is atomized by collision with the liquid fuel spray air b ejected toward the axis of the fuel nozzle 26 and enters the combustion chamber 16. Sprayed. That is, the liquid fuel nozzle part 39 is formed by the liquid fuel outlet 34 and the liquid fuel spray air outlet 37.
[0039]
In addition, a coal gasification fuel supply port 27 and a coal gasification fuel passage 40 communicating with the base end side thereof are formed in an annular shape on the outer peripheral side of the liquid fuel spray air passage 36, and the coal gasification fuel passage A nitrogen passage 41 communicating with the nitrogen supply port 31 on the base end side thereof is formed in an annular shape on the outer peripheral side of 40. The vicinity of the front end portion of the coal gasification fuel passage 40 is bent toward the diameter-expanding side by the guide portion 40 a and is disposed at substantially the same radial position as the front end portion of the nitrogen passage 41. The coal gasification fuel passage 40 and the nitrogen passage 41 are branched from the annular base end portion into a plurality of portions at their tip portions, and these branch portions alternate along the circumferential direction of the fuel nozzle 26. Is arranged.
[0040]
Each branched front end portion of the nitrogen passage 41 communicates with a plurality of nitrogen outlets 42 opened at the same radial position around the liquid fuel nozzle portion 39 on the front end surface of the fuel nozzle 26. Each outlet 42 is provided with a nitrogen swirler 43. Thereby, the nitrogen d flows from the base end portion of the nitrogen passage 41 toward the tip end portion, and after being branched at each branch portion, is given a swirling flow by the nitrogen swirler 43 and is ejected from each nitrogen jet port 42. ing.
[0041]
Similarly, the branched tip portions of the coal gasification fuel passage 40 are opened at substantially the same radial positions as the plurality of nitrogen jet ports 42 arranged in an annular shape around the liquid fuel nozzle portion 35 on the tip surface of the fuel nozzle 26. The coal gasification fuel jets 45 communicate with the coal gasification fuel jets 45, and the coal gasification fuel jets 45 are each provided with a swirler 46 for coal gasification fuel. As a result, the coal gasification fuel c flows from the base end portion to the tip end portion of the coal gasification fuel passage 40, and after being branched at each branch portion, a swirl flow is given by the coal gasification fuel swirler 46. The fuel is ejected from the chemical fuel outlet 45.
[0042]
Note that the coal gasification fuel passage 40 is directed to the front end side, and is gradually narrowed in the radial direction of the fuel nozzle 26 by the taper of the partition wall 40b on the outer peripheral side thereof. The gas is gradually pressurized and ejected from the coal gasification fuel outlet 45. Further, the coal gasification fuel jet port 45 and the nitrogen jet port 42 are gradually axially positioned near the tip of the fuel nozzle 26 due to the taper of the outer wall 41a of the tip of the fuel nozzle 26 and the partition wall 41b with the air passage 48 described below. Thus, the coal gasification fuel c and nitrogen d are ejected toward the center side of the combustor liner 22.
[0043]
Further, a plurality of air passages 48 communicating with the air flow paths in the flow sleeve are provided on the outer peripheral side of the front end portion of the coal gasification fuel passage 40. These air passages 48 communicate with an air outlet 49 provided on the outer wall of the tip of the fuel nozzle. These air jets 49 are arranged in an annular shape around the liquid fuel nozzle part 39 and are interposed between the nitrogen jet 42 and the coal gasification fuel jet 45, and are located at substantially the same radial position as these. A plurality are provided. Each air outlet 42 is opened with an inclination toward the axial center of the fuel nozzle 26, and an air swirler 50 is provided inside thereof. As a result, the air e flows from the proximal end portion of the air passage 48 toward the distal end portion, is given a swirling flow by the air swirler 50, and is ejected from the air ejection port 49 toward the center side of the combustor liner 22. It has become so.
[0044]
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a liquid fuel nozzle portion 39 is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle 26, and coal gasification is performed in an annular arrangement at substantially the same radial position of the liquid fuel nozzle portion 39. A plurality of fuel jets 45, nitrogen jets 42, and air jets 49 are provided at intervals. Further, the respective jet outlets are alternately arranged so that both sides of the coal gasification fuel jet outlet 40 become the nitrogen jet outlet 42 and both the air jet outlet 49 become the nitrogen jet outlet 42.
[0045]
Next, the operation will be described.
[0046]
When the gas turbine 13 is started, the liquid fuel a is sprayed from the liquid fuel nozzle portion 35, and the liquid fuel a is combusted. Thereafter, as the load of the gas turbine 13 increases, the supply amount of the coal gasification fuel c as the main fuel is increased, the supply amount of the liquid fuel is decreased, and the gas turbine 13 is shifted to the normal operation.
[0047]
During normal operation of the gas turbine 13, coal gasification fuel c, nitrogen d, and air e are ejected from the coal gasification fuel jet 45, the nitrogen jet 42, and the air jet 49 at the tip of the fuel nozzle 26, respectively, and combustion Diffusion combustion is performed in the chamber 16. Since the swirlers 43, 46, and 50 give the swirl flow to the coal gasification fuel c, the nitrogen d, and the air e by the swirlers 43, 46, and 50, respectively, Fuel c, nitrogen d and air e can be mixed efficiently.
[0048]
Moreover, the arrangement of the coal gasification fuel jet 45, the nitrogen jet 42 and the air jet 49 provided in an annular arrangement at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39 is alternately arranged. Since the gas jet fuel c, nitrogen d and air e are ejected from each jet port with the nitrogen jet port 42 on both sides of the outlet 45 and the nitrogen jet port 42 on both sides of the air jet port 49, the coal gasified fuel c Is supplied to the combustion chamber 16 in such a manner that the nitrogen d is wrapped in and the air e is wrapped in the nitrogen e, that is, the coal gasified fuel c and the air e are not in direct contact with each other. For this reason, the local high temperature of the combustion gas which was conventionally generated by burning in the part where the coal gasification fuel c and the air e directly contact each other can be prevented, and the NOx of the combustion gas can be reduced. be able to.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, nitrogen d is directly injected into the combustor liner 15 through the fuel nozzle 26, and the coal gasification fuel c and the air e are not in direct contact with each other by the nitrogen d. By ejecting the gas into the combustor liner 15, it is possible to prevent the combustion gas from being locally heated and to reduce the NOx of the combustion gas.
[0050]
Second Embodiment (FIGS. 5 and 6)
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a fuel nozzle of a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a right side view (end view) of FIG.
[0051]
In the present embodiment, the arrangement of the ejection ports at the tip of the fuel nozzle 26a is different from that of the first embodiment. That is, providing the liquid fuel nozzle portion 39 at the center position of the tip of the fuel nozzle 26a is the same as in the first embodiment, but the liquid fuel nozzle portion 39 has a triple annular concentric with it on the outer peripheral side. The arrangement differs in that a coal gasification fuel jet 45, a nitrogen jet 42, and an air jet 49 are provided sequentially from the inside.
[0052]
More specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the fuel nozzle 26a has a cylindrical shape, and the liquid fuel passage 33 and the liquid fuel jet 34 are disposed at the axial center of the fuel nozzle 26a in the same manner as in the first embodiment. Further, a liquid fuel nozzle portion 39 including a liquid fuel spray air passage 36 and a liquid fuel spray air jet port 37 is formed.
[0053]
First, the coal gasification fuel supply port 29 and the coal gasification fuel passage 40 communicating with the base end side thereof are formed in an annular shape immediately on the outer peripheral side of the liquid fuel spray air passage 36. The front end side of the coal gasification fuel passage 40 communicates with a plurality of coal gasification fuel outlets 45 opened at the front end surface of the fuel nozzle 26a. Fueled swirlers 46 are provided. As a result, the coal gasified fuel c is swirled by the coal gasified fuel swirler 46 just on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39 and is ejected from each coal gasified fuel outlet 45.
[0054]
Next, on the outer peripheral side of the coal gasification fuel passage 40, a nitrogen passage 41 communicating with the nitrogen supply port 30 is provided in an annular shape on the base end side. The front end side of the nitrogen passage 41 communicates with a plurality of nitrogen spouts 42 opened at the front end surface of the fuel nozzle 26a, and each nitrogen spout 42 is provided with a nitrogen swirler 43. As a result, the nitrogen d is swirled by the nitrogen swirler 43 and is ejected from each nitrogen ejection port 42 to the region on the outer peripheral side of the coal gasification fuel c.
[0055]
Further, a plurality of air passages 48 communicating with the air flow passages 23 in the flow rib 21 are provided on the outer peripheral side of the tip portion of the nitrogen passage 41. These air passages 48 communicate with a plurality of air jets 49 provided on the outer wall of the tip of the fuel nozzle 26a, and air swirlers 50 are provided in these air jets 49. As a result, the air e is swirled by the air swirler 50, and is ejected from the air ejection port 49 to the region on the outer peripheral side of nitrogen.
[0056]
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, a liquid fuel nozzle portion 39 is provided at the center position of the tip portion of the fuel nozzle 26 a, and the liquid fuel nozzle portion 39 is centered on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39. In addition, a plurality of coal gasification fuel jets 45, nitrogen jets 42, and air jets 49 are provided sequentially from the inner circumference side to the outer circumference side in an annular arrangement with different diameters.
[0057]
Since other configurations are substantially the same as those of the first embodiment described above, the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 are given to FIGS. 5 and 6 and description thereof is omitted.
[0058]
Also in the present embodiment having the above-described configuration, the swirlers 43, 46, and 50 respectively provide the swirl flow to the coal gasification fuel c, the nitrogen d, and the air e at the jet outlets 42, 45, and 49. Nitrogen d and air e can be mixed efficiently.
[0059]
In the case of the present embodiment, concentrically on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39 and with different diameters, the coal gasification fuel jet port 45, the nitrogen jet port 42, and the air jet port 49 are arranged in this order from the inside. Therefore, nitrogen d is sandwiched between the coal gasified fuel c ejected to the inner peripheral region in the combustion chamber 16 and the air e ejected to the outer peripheral region. Supplied. That is, since the coal gasified fuel c and the air e are supplied to the combustion chamber 16 in such a manner that they do not come into direct contact with each other, direct contact between the coal gasified fuel c and the air e can be suppressed. Local high temperature can be prevented and combustion gas can be reduced in NOx.
[0060]
As described above, also in this embodiment, nitrogen d is directly injected into the combustor liner 15 through the fuel nozzle 26a, and the coal gasification fuel c and the air e are not in direct contact with each other by the nitrogen d. Since the fuel gas is ejected into the fuel gas 16, it is possible to prevent the combustion gas from being locally heated and to reduce the NOx content of the combustion gas.
[0061]
Third embodiment (FIGS. 7 and 8)
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a fuel nozzle of a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a right side view (end view) of FIG.
[0062]
The fuel nozzle according to the present embodiment is configured to reduce NOx while ensuring combustion stability in consideration of the case of using a coal gasified fuel with relatively low combustibility.
[0063]
In other words, the raw coal used in the coal gasification furnace has different characteristics depending on the production area and the like, and the difference in the characteristics causes a difference in the combustibility of the coal gasification fuel. When coal gasified fuel with high combustibility is used, stable diffusion combustion is performed. Therefore, it is only necessary to prevent the generation of a local high temperature region and to reduce the amount of NOx generated. Nitrogen may be supplied over the entire contact area from the viewpoint of suppressing direct contact.
[0064]
However, when using coal gasification fuel with low combustibility, if the contact with air is insufficient, combustion may become unstable or carbon monoxide may remain as an unburned component. For this reason, as a fuel nozzle for jetting low-combustibility coal gasification fuel, while maintaining a jet function in which the fuel and air are sufficiently in contact with each other, nitrogen is prevented in order to prevent the occurrence of a local high temperature region. It is desirable to supply
[0065]
Therefore, in the present embodiment, the liquid fuel nozzle portion 39 is provided at the center position of the tip portion of the fuel nozzle 26b, and the liquid fuel nozzle portion 39 has a triple annular arrangement concentric with this on the outer peripheral side, and sequentially from the inside. The nitrogen nozzle 42, the coal gasification fuel nozzle 45, and the air nozzle 49 are provided.
[0066]
That is, also in this embodiment, the fuel nozzle 26b has a cylindrical shape, and the liquid fuel passage 33, the liquid fuel outlet 34, the liquid fuel spraying air passage 36, and the liquid fuel spray air passage 36 are disposed at the axial center position of the fuel nozzle 26b. A liquid fuel nozzle portion 39 including a liquid fuel spray air ejection port 37 and the like is formed.
[0067]
A nitrogen passage 41 that communicates with the nitrogen supply port 30 on the base end side is provided in an annular shape on the immediate outer peripheral side of the liquid fuel spray air passage 36. The front end side of the nitrogen passage 41 communicates with a plurality of nitrogen spouts 42 opened at the front end surface of the fuel nozzle 26b, and each nitrogen spout 42 is provided with a nitrogen swirler 43. As a result, the nitrogen d is swirled by the nitrogen swirler 43 immediately on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39 and is ejected from each nitrogen outlet 42.
[0068]
Further, a coal gasification fuel supply port 29 and a coal gasification fuel passage 40 communicating with the base end side of the nitrogen passage 41 are formed in an annular shape. The front end side of the coal gasification fuel passage 40 communicates with a plurality of coal gasification fuel outlets 45 opened at the front end surface of the fuel nozzle 26a. Fueled swirlers 46 are provided. As a result, the coal gasified fuel c is swirled by the coal gasified fuel swirler 46 and is ejected from each coal gasified fuel ejection port 45 to an area on the outer periphery side of the nitrogen d.
[0069]
Further, a plurality of air passages 48 communicating with the air flow passages 23 in the flow rib 21 are provided on the outer peripheral side of the tip portion of the coal gasification fuel passage 40. These air passages 48 communicate with a plurality of air jets 49 provided on the outer wall of the tip of the fuel nozzle 26 b, and air swirlers 50 are provided in these air jets 49. As a result, the air e is swirled by the air swirler 50, and is ejected from the air ejection port 49 to the region on the outer peripheral side of the coal gasification fuel c.
[0070]
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the liquid fuel nozzle portion 39 is provided at the center position of the tip portion of the fuel nozzle 26 b, and the liquid fuel nozzle portion 39 is centered on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39. In addition, a plurality of nitrogen jets 42, coal gasification fuel jets 45, and air jets 49 are provided in order from the inner circumference side to the outer circumference side in an annular arrangement with different diameters.
[0071]
Since other configurations are substantially the same as those of the first embodiment described above, the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 are given to FIGS. 7 and 8 and description thereof is omitted.
[0072]
Also in this embodiment having such a configuration, a swirl flow is given by the swirlers 43, 46, and 50 at the respective outlets 42, 45, and 49, so that the coal gasification fuel c, nitrogen d, and air e are supplied. It can be mixed efficiently.
[0073]
In this case, the nitrogen nozzle 42, the coal gasification fuel nozzle 45, and the air nozzle 49 are sequentially arranged from the inner peripheral side to the outer peripheral side on the front end surface of the fuel nozzle 26b, so that the outer peripheral side in the combustion chamber 16 is disposed. In this region, the coal gasification fuel c and the air e are in direct contact with each other, while the nitrogen d ejected from the inner peripheral side in the combustion chamber 16 is mixed with the coal gas c and the air a.
[0074]
Therefore, in this embodiment, even when the combustibility of the coal gasification fuel c to be supplied is low, the coal gasification fuel c can maintain stable combustion by direct contact with the air e, so The concentration of carbon monoxide, which is a fuel component, can be reduced, and the temperature of the combustion gas can be efficiently lowered by the action of nitrogen d diffusing from the inside of the fuel nozzle 26b toward the combustion zone, thereby reducing NOx. Can also be adequate.
[0075]
Fourth Embodiment (FIGS. 9 and 10)
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing a fuel nozzle of a gas turbine combustor according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a right side view (end view) of FIG.
[0076]
As in the third embodiment of the present embodiment, the fuel nozzle 26c is configured to be suitable for using coal gasification fuel with low combustibility. However, in the present embodiment, unlike the third embodiment, the coal gasification fuel injection port 45, the nitrogen jet are arranged on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39 at the center position of the fuel nozzle 26c in a double annular arrangement concentric with this. An outlet 42 and an air outlet 42 are provided.
[0077]
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, the fuel nozzle 26c has a cylindrical shape, the liquid fuel passage 33 provided at the center position of the fuel nozzle 26c, and the front end side of the fuel nozzle 26c communicating with this. A liquid fuel nozzle portion 39 is formed by the liquid fuel jet port 34, the liquid fuel spray air passage 36 provided on the outer periphery of the liquid fuel passage 33, and the liquid fuel spray air jet 37 at the tip of the fuel nozzle 26c communicating with the liquid fuel spray air passage 36. Yes.
[0078]
A coal gasification fuel supply port 29 and a coal gasification fuel passage 40 communicating with the base end side of the coal gasification fuel passage 36 are provided in an annular shape on the outer peripheral side of the liquid fuel spray air passage 36. The side communicates with a plurality of coal gasification fuel jets 45 opened at the front end face of the fuel nozzle 26c. Each of the coal gasification fuel outlets 45 is provided with a coal gasification fuel swirler 46.
[0079]
On the outer peripheral side of the coal gasification fuel passage 40, a plurality of nitrogen passages 41 and air passages 48 are provided alternately in the circumferential direction in an annular arrangement. The proximal end side of the nitrogen passage 41 communicates with the nitrogen supply port 30, and the distal end side communicates with the nitrogen jet port 42. A nitrogen swirler 43 is provided at the nitrogen outlet 42. Further, the proximal end side of the air passage 48 communicates with the air flow path 23, and the distal end side communicates with the air ejection port 49. An air swirler 50 is provided at the air outlet 49.
[0080]
The nitrogen passage 41 and the air passage 48 have an inclination in which the front end side thereof gradually moves toward the center side of the fuel nozzle 26 c, whereby nitrogen d and air e are ejected toward the center side of the combustion chamber 16. ing.
[0081]
Since other configurations are substantially the same as those of the first embodiment described above, the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 are given to FIGS.
[0082]
In the present embodiment having such a configuration, during the normal operation of the gas turbine 13, the coal gasification fuel c, the coal gasification fuel jet 45, the nitrogen jet 42, and the air jet 49 at the tip of the fuel nozzle 26c, respectively. Nitrogen d and air e are ejected, and diffusion combustion is performed in the combustion chamber 16. Since the swirl flow is given by the swirlers 46, 43, and 50 at the respective outlets 45, 42, and 49, the coal gasification fuel c, the nitrogen d, and the air e can be mixed efficiently.
[0083]
Moreover, the coal gasified fuel c is ejected from the coal gasified fuel outlet 45 to the inner region of the combustion chamber 16, and the nitrogen d and air e are ejected from the nitrogen outlet 42 and the air outlet 49 to the outer region of the coal gasified fuel c. Thus, they are ejected toward the center side of the combustion chamber 16 in a state adjacent to each other in the circumferential direction. Therefore, the nitrogen d and the air e are in a good mixed state in the circumferential direction in the outer region in the combustion chamber 16, and in the radial direction, contact with the coal gasification fuel c in the inner region in the middle of the mixing. When the coal gasification fuel c is low in combustibility, the cooling effect by the nitrogen d is also given as a whole while making sufficient contact with the air e.
[0084]
Therefore, also in this embodiment, when the coal gasification fuel c having low combustibility is used, combustion of the combustion gas is stabilized by direct contact between the coal gasification fuel c and the air e, and the carbon monoxide concentration of the combustion gas is reduced. At the same time, by supplying nitrogen d directly from the fuel nozzle 26c into the combustion chamber 16, the temperature of the combustion gas can be lowered, and the NOx of the combustion gas can be reduced.
[0085]
Fifth embodiment (FIGS. 11 and 12)
FIG. 11 is an enlarged sectional view showing the fuel nozzle of the gas turbine combustor according to the present embodiment, and FIG. 12 is a right side view (end view) of FIG.
[0086]
In the present embodiment, the coal gasification fuel jet 45 and the nitrogen jet 42 in the fourth embodiment are replaced.
[0087]
That is, as shown in FIGS. 11 and 12, in the present embodiment, a plurality of nitrogen outlets 42 are annularly provided around the liquid fuel nozzle portion 39 on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39. A plurality of coal gasification fuel jets 45 and a plurality of air jets 49 are annularly provided on the outer periphery of the nitrogen jet 42 at substantially the same radial position around the fuel nozzle portion 39. The coal gasification fuel jets 45 and the air jets 49 are alternately arranged in the circumferential direction.
[0088]
Since other configurations are substantially the same as those in the fourth embodiment, the same reference numerals as those in FIGS. 9 and 10 are attached to FIGS. 11 and 12, and the description thereof is omitted.
[0089]
In the present embodiment having such a configuration, the coal gasification fuel c, nitrogen d, and air e are swirled from the nitrogen outlet 42, the coal gasification fuel outlet 45, and the air outlet 49, respectively, during normal operation of the gas turbine 13. The swirl flow is given by 43, 46 and 50, and the coal gasified fuel c, nitrogen d and air e are efficiently mixed as in the fourth embodiment by being ejected into the combustion chamber 16. Can do.
[0090]
In addition, the coal gasification fuel c and the air e are ejected from the coal gasification fuel jet 45 and the air jet 49 to the outer peripheral side of the combustion chamber 16 outside the liquid fuel nozzle portion 39. Since the coal gasified fuel c and the air e are brought into direct contact with each other, combustion can be sufficiently stabilized even when the coal gasified fuel c to be used has low combustibility, and the combustion gas The concentration of carbon monoxide, which is an unburned component, can be reduced.
[0091]
Further, the coal gasified fuel c and the air e are ejected toward the center side in the combustion chamber 16, while nitrogen d is ejected from the nitrogen ejection port 42 to the inner peripheral region in the combustion chamber 16. By mixing, the cooling function by nitrogen d can be sufficiently exhibited, the temperature of the combustion gas can be lowered, and the combustion gas can be effectively reduced in NOx.
[0092]
Sixth Embodiment (FIGS. 13 and 14)
FIG. 13 is an enlarged sectional view showing the fuel nozzle of the gas turbine combustor according to the present embodiment, and FIG. 14 is a right sectional view (end view) of FIG.
[0093]
In the present embodiment, a configuration is adopted in which nitrogen d and coal gasified fuel c are mixed in a fuel nozzle 26e and injected into the combustion chamber 16 as a nitrogen / coal gasified fuel mixture f.
[0094]
That is, in this embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, the fuel nozzle 26e has a cylindrical shape, and the liquid fuel passage 33 is provided at the axial center position of the fuel nozzle 26e. The liquid fuel passage 33 communicates with the liquid fuel supply port 27 on the base end side of the fuel nozzle 26e, and in the liquid fuel jet port 34 opened on the end surface on the front end side of the fuel nozzle 26e, as in the above embodiments. Communicate. A liquid fuel spray air passage 36 is formed in an annular shape on the outer periphery of the liquid fuel passage 33, and the liquid fuel spray air passage 36 is also supplied with liquid fuel spray air on the base end side of the fuel nozzle 26e as in the above embodiments. The nozzle 28e communicates with a plurality of liquid fuel spray air jets 37 opened on the end face of the fuel nozzle 26e, and a liquid fuel spray air swirler is provided near the tip of the liquid fuel spray air passage 36. 38 is provided. Thus, the liquid fuel nozzle portion 39 is formed by the liquid fuel jet port 34 and the liquid fuel spray air jet port 37.
[0095]
On the outer peripheral side of the liquid fuel spray air passage 36, a coal gasification fuel supply port 29 and a coal gasification fuel passage 40 communicating with the base end side thereof are provided in an annular shape. It communicates with a plurality of coal gasification fuel jets 45. Furthermore, the coal gasification fuel jet nozzle 45 is provided with a swirler 46 for coal gasification fuel, respectively, to give a swirl flow to the coal gasification fuel c.
[0096]
On the outer peripheral side of the coal gasification fuel passage 40, a nitrogen passage 41 communicating with the nitrogen supply port 30 at the base end portion thereof is provided in an annular shape. A coal gasification fuel mixing jet portion 52 for jetting the coal gasification fuel e from the coal gasification fuel passage 40 is provided at a position midway toward the front end side of the nitrogen passage 41. The coal gasification fuel mixing jet portion 52 has a plurality of communication holes 52 a communicating with the coal gasification fuel passage 40, and projecting from the periphery of the communication holes 52 a toward the nitrogen passage 41 to the passage direction in the nitrogen passage 41. And a nozzle portion 52c having an injection hole 52b opened therein, and a part of the coal gasified fuel c is ejected into the nitrogen passage 41 to mix nitrogen d and a part of the coal gasified fuel c. It has become.
[0097]
The front end side of the nitrogen passage 41 communicates with a plurality of nitrogen / coal gasified fuel mixture outlets 51 that open to the front end surface of the fuel nozzle 26c. A swirler 53 for the coal gasification fuel mixture is provided, and a swirling flow is given to the jetted nitrogen / coal gasification fuel mixture f. Note that the nitrogen / coal gasification fuel outlet 51 opens with a tendency toward the center of the combustion chamber 16.
[0098]
As a result, nitrogen d flows from the base end side to the front end side of the nitrogen passage 41 and mixes with a part of the coal gasification fuel c in the nitrogen passage 41 to become a nitrogen / coal gasification fuel mixture f. A swirl flow is given by the coal gasification fuel mixture swirler 53, and then it is ejected from the nitrogen / coal gasification fuel outlet 51 toward the center of the combustion chamber 16.
[0099]
In addition, a plurality of air passages 48 communicating with the air passage 23 and the base end side thereof are provided on the outer peripheral side of the distal end portion of the coal gasification fuel passage 40 and are alternately arranged at the same radial position as the nitrogen passage 41. The front end portion of the passage 48 communicates with an air outlet 49 that opens at the front end surface of the fuel nozzle 26e. An air swirler 50 is provided at each of the air outlets 49, and a swirl flow is given to the air e by the air swirler 50. Further, the air outlet 49 opens with an inclination toward the axial center side of the fuel nozzle 26 e, whereby the air e is jetted toward the center side of the combustion chamber 16.
[0100]
In the present embodiment having such a configuration, the fuel switching from the start of the gas turbine 13 to the normal operation is performed in the same manner as in each of the above embodiments, and the coal gasification fuel c is supplied during the normal operation. In this case, the coal gasified fuel c is ejected from the coal gasified fuel outlet 45 to the inner peripheral region in the combustion chamber 16 through the coal gasified fuel passage 40, and a part of the coal gasified fuel is discharged. The gas flows into the nitrogen passage 41 via the mixing jet 52 and is mixed with the nitrogen d supplied to the nitrogen passage 41 to become a nitrogen / coal gasified fuel mixture f. It is ejected from the outlet 51 to the outer peripheral side region in the combustion chamber 16 toward the center side. In this case, the air e is jetted from the air jet port 49 into the combustion chamber 16 through the air passage 48 to the same outer region as the air / coal gasified fuel mixture f.
[0101]
As a result, the air e first merges with the nitrogen / coal gasified fuel mixture f in the combustion chamber 16, but in this case, the nitrogen gas d is previously mixed with the coal gasified fuel c in the fuel nozzle 26e. The direct contact between the coal gasification fuel c and the air e is effectively suppressed. Further, since the coal gasified fuel c ejected from the coal gasified fuel outlet 45 is supplied to the inner peripheral region in the combustion chamber 16, a part of the air e is ejected separately from the coal gasified fuel. Contact with c.
[0102]
Therefore, according to the present embodiment, the coal gasification fuel c, nitrogen d, and air e can be mixed efficiently, the temperature of the combustion gas can be lowered, the combustion gas can be reduced in NOx, and the coal gasification can be achieved. Since a part of the fuel c is supplied alone, combustion is stabilized and the concentration of carbon monoxide, which is an unburned component of the combustion gas, can be reduced.
[0103]
As described above, according to the present embodiment, nitrogen d and a part of the coal gasification fuel c are mixed in the nitrogen passage 41, so that the nitrogen d and a part of the coal gasification fuel c are efficiently mixed. It is possible to effectively reduce the combustion temperature of the combustion gas and to reduce the NOx of the combustion gas.
[0104]
Moreover, according to this embodiment, since a part of coal gasification fuel c is supplied directly to the combustion chamber 16, combustion is stabilized and the carbon monoxide concentration which is an unburned component of combustion gas can be reduced.
[0105]
Seventh embodiment (FIGS. 15 and 16)
FIG. 15 is an enlarged sectional view showing the fuel nozzle of the gas turbine combustor according to the present embodiment, and FIG. 16 is a right side view (end view) of FIG.
[0106]
This embodiment is different from the sixth embodiment in that nitrogen d and all of the coal gasification fuel c are mixed in the nitrogen passage 41. Since portions other than the fuel nozzle 26f are not different from those of the first embodiment, illustration and description thereof are omitted.
[0107]
In this embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the fuel nozzle 26f has a cylindrical shape, and a liquid fuel passage 33 is provided at the axial center of the fuel nozzle 26f. The liquid fuel passage 33 communicates with the liquid fuel supply port 27 at the base end side of the fuel nozzle 26f and, at the liquid fuel jet port 34 opened at the end surface of the fuel nozzle 26f, as in the above embodiments. Communicate. A liquid fuel spray air passage 36 is formed in an annular shape on the outer periphery of the liquid fuel passage 33, and the liquid fuel spray air passage 36 is also supplied with liquid fuel spray air on the base end side of the fuel nozzle 26f as in the above embodiments. The fuel nozzle 26f communicates with a plurality of liquid fuel spray air jets 37 opened at the end face of the fuel nozzle 26f, and a liquid fuel spray air swirler is disposed near the tip of the liquid fuel spray air passage 36. 38 is provided. Thus, the liquid fuel nozzle portion 39 is formed by the liquid fuel jet port 34 and the liquid fuel spray air jet port 37.
[0108]
On the outer peripheral side of the liquid fuel spray air passage 36 and on the base end side of the fuel nozzle 26f, the coal gasification fuel supply port 29 and a coal gasification fuel passage 40 communicating with the base end side are provided in an annular shape. . On the outer peripheral side of the liquid fuel spray air passage 36 and on the distal end side of the fuel nozzle 26f, a nitrogen passage 41 communicating with the nitrogen supply port 30 on the base end side is provided in an annular shape. The front end portion of the coal gasification fuel passage 40 and the base end portion of the nitrogen passage 41 communicate with each other through a coal gasification fuel mixing jet portion 52. The coal gasification fuel mixing jet 52 is provided with a coal gasification fuel swirler 46. As a result, the coal gasified fuel c flows from the proximal end portion of the coal gasified fuel passage 40 toward the distal end portion and is given a swirl flow by the coal gasified fuel swirler 46, and then the proximal end of the nitrogen passage 41. It is ejected to the part and mixed with nitrogen d.
[0109]
The annular nitrogen passage 41 at the base end side branches into a plurality at the front end side, and each branched portion communicates with the nitrogen / coal gasification fuel mixture jet outlet 51. Each of the nitrogen / coal gasified fuel mixture jet outlets 51 is provided with a swirler 53 for nitrogen coal gasified fuel. Further, the nitrogen passage 41 has a narrow passage at the tip end side so as to increase the pressure of the nitrogen / coal gasified fuel mixture f. Thereby, the nitrogen d is mixed with the coal gasification fuel c at the base end portion of the nitrogen passage 41. The nitrogen / coal gasified fuel mixture f flows in the nitrogen passage 41 from the base end portion toward the tip portion, branches at the tip end side of the nitrogen passage 41, is pressurized, and is used for the nitrogen / coal gasified fuel mixture. After a swirl flow is given by the swirler 53, the swirl 53 is ejected from the nitrogen / coal gasified fuel mixture jet outlet 51.
[0110]
A plurality of air passages 48 communicating with the air flow path 23 on the base end side thereof are provided on the outer peripheral side of the distal end portion of the liquid fuel spray air passage 36. The air passage 48 communicates with the air outlet 49 on the tip end side. The air outlet 49 is gradually opened toward the axial center side of the fuel nozzle 26f. Furthermore, each air jet outlet 49 is provided with an air swirler 50 to give a swirl flow to the air. Further, the air passage 48 is narrowed on the tip side so as to pressurize the air. As a result, air e flows from the base end portion of the air passage 48 toward the tip portion, is pressurized at the tip end side of the air passage 48, is swirled by the air swirler 50, and then is ejected from the air outlet 49. It has come to be.
[0111]
In the present embodiment, when the gas turbine 13 is started, the liquid fuel a is sprayed from the liquid fuel nozzle portion 39 and the liquid fuel a is combusted. As the load of the gas turbine 13 increases, the supply amount of the coal gasification fuel c as the main fuel is increased and the supply amount of the liquid fuel a is decreased, and the gas turbine 13 is shifted to the normal operation.
[0112]
During normal operation of the gas turbine 13, the nitrogen / coal gasified fuel mixture gas outlet 51 and the air outlet 49 at the tip of the fuel nozzle 26 f are ejected from the nitrogen / coal gasified fuel gas mixture f and air e, respectively, for combustion Diffusion combustion is performed in the chamber 16.
[0113]
Since the nitrogen / coal gasified fuel mixture outlet 51 and the air outlet 49 are provided with the nitrogen / coal gasified fuel mixture swirler 53 and the air swirler 50, respectively, nitrogen d, coal gasified fuel c and air e can be mixed efficiently.
[0114]
Further, a coal gasification fuel mixing jet 52 is provided in the nitrogen passage 41, and the coal gasification fuel c is jetted from the coal gasification fuel mixing jet 52, so that nitrogen d and coal gas are injected in the nitrogen passage 41. Since the gasified fuel c is mixed, the nitrogen d and the coal gasified fuel c can be mixed efficiently. Further, since this nitrogen / coal gasified fuel mixture f is ejected from the nitrogen / coal gasified fuel mixture outlet 51 and supplied into the combustion chamber 16, the coal gasified fuel c and nitrogen d in the combustion chamber 16 are supplied. Regardless of the degree of mixing with the air e, the temperature of the combustion gas can be lowered to reduce the NOx of the combustion gas.
[0115]
Further, a nitrogen / coal gasified fuel mixture outlet 51 and an air outlet 49 are provided in an annular arrangement at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion 39, and these nitrogen / coal gasified fuel mixture outlets are provided. 51 and air jets 49 are alternately arranged in the circumferential direction, and the nitrogen / coal gasified fuel mixture f and air e are jetted from the jets 51 and 49, so the coal gasified fuel c, nitrogen d and air e Can be mixed efficiently.
[0116]
As described above, according to the present embodiment, the coal gasified fuel c and the nitrogen d are mixed in the nitrogen passage 41 and supplied to the combustion chamber 16, so that the coal gasified fuel c in the combustion chamber 16 is supplied. Irrespective of the degree of mixing of nitrogen d and air e, the temperature of the combustion gas can be lowered and the NOx of the combustion gas can be reduced.
[0117]
In addition, although the above embodiment demonstrated the case where coal gasification fuel was used, it can apply similarly also when using other gasification fuels, such as heavy oil.
[0118]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the gas turbine combustor according to the present invention, in diffusion combustion using gasified fuel having a high NOx generation rate, nitrogen is efficiently supplied into the combustion chamber, so that nitrogen is supplied. As in the case of complete mixing with fuel or air, the local high temperature portion of the combustion gas can be suppressed, and the combustion gas can be reduced in NOx.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of the gas turbine combustor shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the fuel nozzle shown in FIG.
4 is a right side view (end view) of FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a fuel nozzle according to a second embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention.
6 is a right side view (end view) of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a fuel nozzle according to a third embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention.
8 is a right side view (end view) of FIG. 7;
FIG. 9 is a sectional view showing an enlarged fuel nozzle according to a fourth embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention.
10 is a right side view (end view) of FIG. 9; FIG.
FIG. 11 is a sectional view showing an enlarged fuel nozzle according to a third embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention.
12 is a right side view (end view) of FIG. 11;
FIG. 13 is an enlarged sectional view showing a fuel nozzle according to a sixth embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention.
14 is a right side view (end view) of FIG. 13;
FIG. 15 is an enlarged sectional view showing a fuel nozzle according to a seventh embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention.
16 is a right side view (end view) of FIG. 15. FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a conventional gas turbine combustor.
[Explanation of symbols]
1 Gas turbine combustor
2 outer cylinder
3 Flow sleeve
4 Combustor liner
5 Transition piece
7 Air flow path
8 Head plate
9 Fuel nozzle
10 Nitrogen supply port
11 Gas turbine combustor
13 Gas turbine
13a spindle
14 Air compressor
15 Combustor liner
16 Combustion chamber
17 Transition piece
20 outer cylinder
21 Flow sleeve
22 Combustor liner
23 Air flow path
24 Head plate
26 Fuel nozzle
27 Liquid fuel supply port
28 Liquid fuel spray air supply port
29 Coal gasification fuel supply port
30 Nitrogen supply port
33 Liquid fuel passage
34 Liquid fuel outlet
36 Expected fuel spray air passage
37 Natural fuel spray air outlet
38 Swirler for spraying liquid fuel
39 Liquid fuel nozzle
40 Coal gasification fuel passage
40a Guide part
40b Bulkhead
41a Tip outer wall
41b Bulkhead
41 Nitrogen passage
42 Nitrogen spout
43 Swirler for nitrogen
45 Coal gasification fuel outlet
46 Swirler for Coal Gasification Fuel
48 Air passage
49 Air outlet
50 Air swirler
51 Nitrogen Coal Gasification Fuel Mixture Outlet
52 Coal gasification fuel mixing spout
52a Communication hole
52b outlet
52c Nozzle part
53 Swirler for Nitrogen / Coal Gasification Fuel Mixture
a Liquid fuel
b Liquid fuel spray air
c Coal gasification fuel
d Nitrogen
e Air
f Nitrogen / coal gasification fuel mixture

Claims

A gas turbine combustor using gasified fuel as main fuel and liquid fuel as ignition starting fuel, wherein each of the fuels is selectively selected from a fuel nozzle provided on the head side of the combustor liner. In addition to diffusing combustion with combustion air and supplying nitrogen for lowering the combustion temperature in the combustion zone, a nitrogen supply part is provided in the fuel nozzle, and the nitrogen supply part is connected to the gasified fuel. A gas turbine combustor characterized in that it has a path for injecting nitrogen into the combustor liner at a site in contact with air alone or as a nitrogen gas mixture to the gasified fuel.

In a gas turbine combustor provided with a fuel nozzle on the head side of the combustor liner, a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the combustion nozzle, and the liquid fuel nozzle portion is located at substantially the same radial position on the outer peripheral side. In the annular arrangement, a plurality of injection holes for individually injecting gasified fuel, nitrogen and air into the combustor liner are provided at intervals, and these injection holes are alternately arranged on both sides of the gasification fuel outlet. A gas turbine combustor characterized in that it is an array that is an outlet and has a nitrogen outlet on both sides of the air outlet.

In a gas turbine combustor provided with a fuel nozzle on the head side of the combustor liner, a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, concentrically on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion, and A plurality of outlets for separately jetting gasified fuel, nitrogen, and air into the combustor liner with different diameters are provided at intervals, and these outlets are gasified fuel outlets from the inner peripheral side, A gas turbine combustor in which a nitrogen outlet and an air outlet are arranged in this order.

In a gas turbine combustor provided with a fuel nozzle on the head side of the combustor liner, a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, concentrically on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion, and A plurality of outlets for separately jetting gasified fuel, nitrogen and air into the combustor liner with different diameters are provided at intervals, and these outlets are connected to the nitrogen outlet and gasification from the inner peripheral side. A gas turbine combustor, wherein a fuel jet port and an air jet port are arranged in this order.

In the gas turbine combustor having a fuel nozzle on the head side of the combustor liner, a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, and the gasified fuel is supplied to the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion. A plurality of gasified fuel jets that are jetted into the combustor liner are provided in an annular arrangement, and a nitrogen jet that jets nitrogen and an air jet that jets air at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the gasified fuel jet. A gas turbine combustor comprising a plurality of outlets arranged in an annular arrangement alternately in a circumferential direction.

In a gas turbine combustor having a fuel nozzle on the head side of a combustor liner, a liquid fuel nozzle portion is provided at a center position of a tip portion of the fuel nozzle, and nitrogen is disposed on an outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion. A plurality of nitrogen outlets for jetting into the liner are provided in an annular arrangement, and a gasified fuel outlet for jetting gasified fuel and an air jet for jetting air are provided at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the nitrogen jet outlet. A gas turbine combustor characterized in that a plurality of gas turbines are alternately arranged in the circumferential direction in an annular arrangement.

In a gas turbine combustor provided with a fuel nozzle on the head side of the combustor liner, a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, concentrically on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion, and A plurality of outlets for jetting gasified fuel, nitrogen / gasified fuel mixture, and air into the combustor liner are provided at intervals in different diameters, and these outlets are arranged on the outer periphery of the liquid fuel nozzle portion. The gasification fuel jet outlet is arranged so that the outer peripheral side of the gasification fuel jet outlet is a nitrogen / gasification fuel mixture jet outlet and an air jet outlet, and the nitrogen / gasification fuel mixture jet outlet and the air jet are arranged around the circumference. A gas turbine combustor arranged alternately in a direction.

In a gas turbine combustor provided with a fuel nozzle on the head side of the combustor liner, a liquid fuel nozzle portion is provided at the center position of the tip of the fuel nozzle, and at substantially the same radial position on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle portion. A plurality of outlets for injecting nitrogen / gasified fuel mixture and air into the combustor liner are provided at intervals in an annular arrangement, and the nitrogen / gasified fuel mixture outlet and the air outlet are alternately arranged in the circumferential direction. A gas turbine combustor characterized by being arranged in.

The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 8, wherein a swirler is provided at each outlet of the fuel nozzle.