JP4317628B2 - Oil nozzle purge method for gas turbine combustor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法に関し、油燃料とガス燃料を切換えて燃焼させることのできるデュアル(Dual)方式の燃焼器に適用され、燃料を油からガスへ切換えた後に油が残留してコーキングが発生し、ノズルを詰まらせないようにするパージ方法である。
【0002】
【従来の技術】
デュアル方式のガスタービン燃焼器では、油焚きからガス焚きへ燃料を切換えた後ガス焚きで運転を行うが、燃料をガスに切換えた後、燃料油が残留したまま、ガス燃料が燃焼し、高温の状態に置かれるので、この残留油がコーキング(Coking)してしまい、ノズルがこれにより閉塞してしまう。そこでガス焚きへの燃料切換後、残留した油を適切な方法でパージする必要がある。
【0003】
図7は上記に説明したデュアル方式のガスタービン燃焼器におけるノズル部を示す断面図である。図においてその概要を説明すると、燃焼器のノズルは、中心にパイロットノズル40が配設され、その周囲には後述するように8本のメインノズル30が配置されている。パイロットノズル40には後端よりパイロット油燃料41と、パイロットガス燃料42のいずれか供給されるようになっており、パイロット油燃料41は中心の管43を通り、ノズル先端44の噴射口より油燃料45として噴射される。パイロットガス燃料42は管43の周囲を通り、先端周囲の噴射口よりガス燃料46として噴射し、これらいずれかの燃料を点火させ、パイロット火炎を形成する。
【0004】
一方、メインノズル30では、油供給系統から供給された油燃料は、油分配流路31から中心の管32に流入し、ノズル先端33の噴出口より油燃料34として噴射され、ガス供給系統から供給されたガス燃料は、ガス溜り39に流入し、中心の管32の周囲を通りノズル先端33の直後の周囲の噴射口より噴出する。
【0005】
図8は燃焼器ノズルの正面図であり、図示のように燃焼器50の中心にはパイロットノズル40が、その周囲には8本のメインノズル30が配置されており、それぞれ油燃料とガス燃料を切換えて燃焼させることができる。メインノズルのうち、図中斜線を付したノズルがメインAノズル、斜線のないものがメインBノズルであり、AとBはそれぞれ交互に配置されている。このようにノズルはメインA系統とメインB系統及びパイロット系統の3系統からなり、それぞれ別系統で燃料が供給されるようになっている。
【0006】
図9は図7で説明したメインノズル30の先端部分を示す断面図であり、先端33は油溜まり38となっており、油溜まり38の形成されている壁周囲には複数の噴射口37が傾斜して設けられている。噴射口37は油溜まり38に連通し、油燃料34が噴射される。
【0007】
上記に説明のガスタービン燃焼器のデュアル方式のノズルは、図7,図8で示したように中心にパイロットノズル40があり、パイロットノズル40は周囲が8個のメインノズル30で囲まれており、周囲が高温となっているため残留した油はメインノズル30に比べ、コーキングが比較的起りにくく、メインノズル30の方に油のコーキングによる詰りが生じやすい。そのためにガス焚きへの燃料切換後残留した油をパージ(押し出す)する必要がある。
【0008】
図10は従来のガスタービンの油燃料系統とパージの方法を示す図であり、図において、60はガスタービンで、燃焼器50が周囲に複数個(20個)配設されている。各燃焼器50は図8に示すように中心にパイロットノズル40、周囲にメインノズルA30、メインノズルB30が交互に合計8個が配置されている。図10に示すように、パイロット系統、メインA系統、メインB系統ではそれぞれ別の油燃料系統から油燃料が供給される。パイロットノズル(P)においては、パイロット系統20から、メインノズル(A)においては、メインA系統21から、メインノズル(B)においてはメインB系統22からそれぞれ20個の燃焼器50へ油燃料が供給されている。又、メインA系統21では分配器23により各燃焼器50へ均等にそれぞれ燃料を供給し、又、メインB系統22では、ヘッダ24によりそれぞれ各燃焼器へ供給されている。
【0009】
上記の燃料供給系統において、コンプレッサで圧縮された空気を溜める空気タンク29を設け、空気タンク29より配管25P及び制御弁26、配管25A及び制御弁27、配管25B及び制御弁28を接続し、これらをパイロット系統20、メインA系統21、メインB系統22へそれぞれ接続している。このような系統において、燃料をガス焚きに切替えた直後、弁26,27,28を開き、空気タンク29から加圧した空気を、それぞれパイロット系統20、メインA系統21、メインB系統22へ所定期間送り込み、ノズルへの配管系統内に残留する油を燃料ノズル30へ押し出し、配管及びノズル内に残留している油を排出するようにしている。
【0010】
残留する油によりコーキングを起しやすい部分は、図7で示す油分配流路31内や図9に示す油溜まり38、噴射口37であり、これらの場所に油が残留し、ガス焚きで運転を継続していると油がコーキングを起し、ノズル内で固化して再度油燃料を使用する際には、内部やノズル先端部が閉塞してしまうので上記のように充分に油をパージする必要がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来のガスタービン燃焼器における油ノズルパージ方法では、燃料を油からガスへ切換えた直後に、燃料油が残留したままガス燃料を燃焼させると、高温状態に置かれ、ノズル内の油がコーキングしてしまい固化してノズルが閉塞してしまう。そのために燃料を油からガスへ切換えた直後には残留した油を空気を送ることによりパージし、排出することが行なわれている。このパージが不充分であると油が充分に排出されずにコーキングが発生し、又、パージを過度に実施すると短時間に多量の油燃料が押し出されるのでガスタービンが急激な出力変化を起してしまい好ましくない。
【0012】
そこで本発明では、デュアル方式のガスタービン燃焼器において、燃料を油からガスに切換えた直後に、適切な圧力とタイミングで水と空気をノズル部に送り、パージ時に短時間で多量の油を押し出してガスタービンの出力変動を起さないように残留油を排出することのできるノズルパージ方法を提供することを課題としてなされたものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の(1)乃至(8)の方法を提供する。
【0014】
(1)油とガス燃料を切換えて使用でき、かつ燃料供給系統がメインA、メインB、パイロットの3系統を有するガスタービン燃焼器の油ノズルにおいて、燃料を油からガスに切換えた直後に、前記メインA、メインB、パイロットの各系統に時分割で水又は気体を所定時間通し、最後に気体を所定時間同時に通して各系統に残留する油をパージすることを特徴とするガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法。
【0015】
(2)前記時分割での水又は気体の使用は、最初にメインB系統で水、次にメインA系統で気体、次にメインB系統で気体、次にパイロット系統で気体、最後に前記3系統で同時に気体でなされることを特徴とする(1)記載のパージ方法。
(3)前記パージはすべて気体のみで行なわれることを特徴とする(1)記載のパージ方法。
【0016】
(4)前記最後の気体パージは前の気体パージの圧力よりも高い圧力で時間も短いことを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載のパージ方法。
【0017】
(5)前記最後の気体パージは各3系統において同時に通すことに代えてそれぞれ時間がずれてなされることを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載のパージ方法。
【0018】
(6)前記パイロット系統での気体パージは前記メインA、メインB系統での気体パージの圧力よりも低いことを特徴とする(1)から(3)のいずれかに記載のパージ方法。
【0020】
(7)前記気体は空気であることを特徴とする(1)から(6)のいずれかに記載のパージ方法。
【0021】
(8)油とガス燃料を切換えて使用でき、かつ燃料供給系統がメインA、メインB、パイロットの3系統を有するガスタービン燃焼器の油ノズルにおいて、水パージが前記メインA、B両系統において同時に、かつ燃料が油からガスに切換える前から燃料油に混入され燃料切換え後も引き続き所定時間実施され、その後時分割で気体パージを行うことを特徴とするガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法。
【0022】
本発明のガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法は、(1)を基本的な方法としており、燃料を油からガスに切換えてガスを燃焼させると、油ノズル系統に残留している油がコーキングを起し、固定してノズルが閉塞してしまうので、パージしなければならない。本発明の(1)ではメインA、メインB、パイロットの各3系統において、それぞれ水又は気体を時分割で流してパージを行い、最後に残留している油は3系統同時に気体でパージを行い、すべての残留油をパージする。本発明の(1)では3系統をそれぞれ別々に、かつタイミングをずらせてパージを行うので、短時間に多量の残留油が燃焼器に押し出されることがなく、そのためにガスタービンの出力変動を起すことがない。又、最終に再び気体で同時に3系統をパージするので、残留油を完全に押し出すことができる。
【0023】
本発明の(2)では、コーキングが最も起りやすいメインB系統を最初に水でパージする。次に気体でメインA系統、再びメインB系統、次にパイロット系統と時分割でタイミングをずらしパージを行うので、最もコーキングの発生しやすいメインB系統の残留油を確実にパージすることができる。又、(3)の発明では、水を使用することなく、気体のみでパージを実施するので、水の供給設備がない場合でも容易に気体のみでパージを効果的に実施できる。
【0024】
本発明の(4)では、最後に行う気体パージを前に実施する気体パージの圧力よりも高圧で、かつ時間を短くし、最後に残っている油を瞬時に押し出すようにし、又(5)の発明では、最後のパージもそれぞれ3系統において時間をずらすように実施してパージによるガスタービンの出力変動がないように残留する油を3系統同時ではなく連続的に滑らかに流出するようにする。
【0025】
又(6)の発明では、パイロット系統ではコーキングが比較的起りにくいので、気体パージの圧力を低くして気体の使用量を少くすることができる。更に(7)の発明においては、気体は空気を使用するので、高価な他のガスを使用しなくても良く、又、ガスの回収等の必要もなく、空気設備のみでパージが容易に実施できる。
【0026】
本発明の(8)では、燃料切換えが終了しても水パージが引き続き実施されるので油が残留し高温にさらされることがなくなる。又、水パージが燃料切換え時にも継続しているので、残留する油が少くなり、油が押し出されて負荷が突変することがなくなる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明のガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法を実施する装置の系統図であり、本実施の第1〜第5形態を実施するための系統図である。図において、基本的な系統は図10に示す従来の系統と同じ構成であるが、本発明の特徴部分は符号1乃至5,10で示す部分にあり、その他の構成は図10のものと同じである。これらの特徴部分について以下に詳しく説明する。
【0028】
図1において、1は水タンクであり、2,3は配管で、4,5は制御弁である。水タンク1からの配管2は制御弁4を介してメインA系統21の各配管(20本)に接続されている。制御弁4はそれぞれの20本の配管に設けられている。配管2は分配器23で分岐した後の油が分配されるメインA系統21の各20本の配管にそれぞれ接続されている。又、配管3も同様に制御弁5を介してメインB系統22のヘッダ24で分岐した各配管にそれぞれ接続されている。
【0029】
制御弁4,5は各20本の配管にそれぞれ設けられ、後述するように所定の圧力となるように開度を調節でき、かつ所定の時間に開閉して水タンク1からの水を各配管に供給するものであり、その開閉、圧力設定は制御装置10により制御される。
【0030】
デュアル方式の油燃料ノズルは、図1にも示すようにパイロット系統20、メインA系統21、メインB系統22の3系統で構成されており、図10でも説明したようにノズルの構造の違い、配置により、メインA系統21では、20個の燃焼器の取付位置が上下でかなりの差、例えば4mの差があり、これらの燃料ノズルに油燃料を均等に分配するように分配器23が設けられ、又、メインB系統22においてもヘッダ24を介して燃料油が供給される構成となっており、水タンク1からの水はこれら分配器23、ヘッダ24で分配された各20本の配管にそれぞれ流入するようにしている。又、その構造、系統の違いにより、油の残留で起るコーキングは、メインB系統、メインA系統、パイロット系統の順でコーキングが起き易い。
【0031】
図2は本発明の第1形態に係るガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法のパージのタイミング図であり、図1に示す系統において実施されるものである。図示のようにパージ時にはガスタービンの出力変動を抑えるためにメインA、メインB、パイロット系統でそれぞれ別々にパージがなされ、パージの方法も出力変動を少くするためにそれぞれタイミングをずらして実施し、まず低圧のパージを、次に高圧のパージを実施するようにしている。
【0032】
図2において、まず、コーキングが一番起りやすいメインB系統において、燃料切換終了時点から5秒後(t0 =5秒)に水パージW(B)を行う。水パージW(B)は図1に示す制御弁5を所定の開度にして開放して行うが、その流量は6t/時として時間はt1 =60秒とする。その後t2 =5秒後に、メインA系統において低圧空気で空気パージLP(A)を行う。空気パージLP(A)は圧力が車室内圧力+0.7bar の低圧で時間はt3 =112秒とする。
【0033】
次に、t4 =5秒後に、今度はメインB系統で低圧空気での空気パージLP(B)を行う。空気パージLP(B)の時間は、t5 =90秒、圧力は車室内圧力+0.7bar とする。次に、t6 =5秒後にパイロット系統において低圧空気による空気パージLP(P)を行う。この空気パージLP(P)の時間は、t7 =315秒、圧力は車室内圧力+0.3bar とする。パイロット系統ではコーキングが比較的起りにくいので0.3bar としている。このパイロット系統の空気パージLP(P)が終了すると、最後にt8 =5秒後にメインA、メインB、パイロットの各3系統同時に高圧空気で空気パージHP(A)、HP(B)、HP(P)を行う。この時の時間はt9 =30秒とし、圧力は車室内圧力+1.3bar としている。
【0034】
上記のように各系統において、残留する油を短時間で一度にパージせずに、空気パージは前段の低圧空気によるパージ、後段に高圧空気によるパージに分けてパージを行い、又、各系統において同時にパージすると多量の油燃料が排出され、これが短時間に燃焼してガスタービンの出力変動を起すので、互に各系統でタイミングをずらしてパージするようにしている。又、メインB系統ではコーキングが一番起きやすいので、まず最初に水パージW(B)を行い、次に空気パージ、最後に高圧の空気パージを行うようにしている。
【0035】
又、パージ圧力の設定はパージ空気の供給圧と車室内圧力との差が一定となるように制御する必要があり、上記のように車室内圧力をベースとして、低圧では+0.7bar 、高圧では+1.3bar となるように設定する。又、パージは弁の作動時間が約0.5秒であるので、例えばメインA系統での空気パージLP(A)では、弁作動時間t2 ,t4 を考慮し、t2 +t3 +t4 が実際の開放時間であり、実際の空気の流出する開放時間はt3 となるものである。
【0036】
上記の実施の第1形態によれば、メインA、メインB、パイロットの各系統でそれぞれ別々にタイミングをずらせてパージを行うようにし、メインA系統では低圧の空気パージLP(A)、その次に高圧の空気パージHP(A)を、メインB系統ではまず水パージW(B)を、次に低圧の空気パージLP(B)を、最後に高圧の空気パージHP(B)を行い、又パイロット系統では低圧の空気パージLP(P)を、次に高圧の高空パージHP(P)を行う。しかも最後の空気パージHP(A)、HP(B)、HP(P)は高圧で同時に、しかも短時間で行い、残留しているすべての油を排出するようにしている。このようなパージ方法により、燃料を油からガスに切替えても、油ノズル系統には残留する油がほとんどなくなり、コーキングを起してノズルが閉塞することがなくなり、又パージもそのタイミングを考慮しているのでガスタービンの出力変動も起すことがない。なお、この同時に行う空気パージHP(A)、HP(B)、HP(P)はかならずしも同時でなくても良く、互に時間がずれても良いものである。
【0037】
図3は本発明の実施の第2形態に係るガスタービン燃焼器の油ノズルエアパージのタイミング図であり、水を使用しないで空気パージのみ行う例である。図において、まず、コーキングが最も発生しやすいメインB系統において、燃料切換後t0 =5秒後に低圧の空気パージLP(B')をt11=120秒、圧力を車室内圧力+0.7bar で行う。次にt12=5秒後にメインA系統において低圧の空気パージLP(A')をt13=60秒、圧力を同様に+0.7bar として行い、その後t14=5秒後にパイロット系統において低圧空気パージLP(P)をt15=315秒、圧力を+0.3bar で行い、最後にt16=5秒後に高圧の空気パージHP(A)、HP(B)、HP(P)を同時にt17=30秒、圧力を+1.3bar で行う。
【0038】
上記の実施の第2形態においては、図2に示す実施の第1形態の水パージW(B)をなくし、メインB系統においては、空気パージLP(B')のみとし、その代り、時間をt11=120秒程度に長くして実施している。この実施の第2形態においては、水の設備がない時には、特に有力な方法であり、又、水を使用しないので経済的な方法であり、実施の第1形態と同様な効果が得られるものである。
【0039】
図4は本発明の実施の第3形態に係るガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法のタイミング図である。図において、本実施の第3形態では、図2に示す実施の第1形態の系統において、メインA系統にも水パージW(A)を加えたものであり、その他は図2と同じタイミングである。本実施の第3形態では、メインA系統でも水パージを行うことができるので何らかの原因でA系統にコーキングが発生しやすいような場合には有効な方法であり、もちろん、実施の第1形態と同じ効果を奏するものである。
【0040】
図5は本発明の実施の第4形態に係るガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法のタイミング図である。図において、Tは燃料切換え時間であり、この間に燃料が油からガスに切換わるが、まずパイロット系統が油からガスに切換わり、続いてメイン系統が油からガスに切換わる。メインA,B系統では、燃料切換え時間Tの前に油燃料中に水噴射W/Iがなされ、切換え直前に水噴射を止め、続いてパイロット系統、メインA,B系統の順で燃料が切換わる。
【0041】
燃料が切換わった後、メインA,B系統において、水パージWを最初に行い、続いてメインA,B系統、パイロット系統を同時に低圧空気での空気パージLP1 を行い、続いて高圧空気による高圧パージHP、更に、引続いて低圧空気による低圧パージLP2 比較的長時間行う。この場合の空気パージの時間は図示のように、LP2 >LP1 >HPのようにパージするのが好ましい。
【0042】
このような実施の第4形態においても、実施の第3形態と同様にコーキングを防止する効果を有するが、油が切れて水パージWが始まるまでのΔtのわずかな時間残留した油が、短時間ではあるが、高温にさらされることになる。このようなパージの回数が重なると、コーキングの発生の恐れもあり、更に確実にコーキングを防止するためには次の図6に示す実施の第5形態の方法がある。
【0043】
図6は本発明の実施の第5形態に係るガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法のタイミング図である。図において、燃料切換え時間Tに油燃料が切れ、ガスに切換わるが、切換え前に油燃料に水パージWPを行い、油燃料に水を混入させ、切換えの進行と共に、油燃料の流量を徐々に減少させ、切換え終了時には油ノズル内には水のみが流れる状態とし、切換え終了時から引続き所定時間水パージWPを継続する。水パージWPが断となった後は、例えば、5秒後に低圧の空気パージLP3 を所定時間、引続いて更に低圧の空気パージLP4 を所定時間行う。空気パージLP3 は図5に示す空気パージLP,HPに代わるパージであり、上記の水パージを延長して行うので、高圧のHPパージは不要としている。
【0044】
上記の実施の第5形態においては、水パージWPが燃料切換えが終了しても水パージが引続き実施されるので油が残留し高温にさらされることがなくなる。又、水パージWPが燃料切換え時にも継続しているので、残留する油が少なくなり、油が押し出されて負荷が突変することもなくなる。
【0045】
なお、上記の実施の第4、第5形態においては、メインA,B系統のみの水パージW,WP,空気パージLP1 ,LP2 ,LP3 ,LP4 HPを行う例で説明したが、パイロット系統においても同様の空気パージを行なっても良く、又、パイロット系統は図2にも示す空気パージを行うようにしても良いことはもちろんである。
【0046】
上記に説明の実施の第1〜第5形態においては、空気パージ、水パージのタイミングの制御はすでに制御装置10により行なわれる。図1に示すように制御装置10では燃料切換信号S及び車室内圧力Pが入力され、これら両信号により、メインA系統21に接続する水系統の制御弁4及び空気系統の制御弁27、メインB系統22に接続する水系統の制御弁5及び空気系統の制御弁28、パイロット系統20の空気系の制御弁26をそれぞれ制御する。
【0047】
制御装置10には、予め図2〜図6に示す各タイミングでの各弁の開閉順序が記憶されており、燃料切換信号Sでスタートし、車室内圧力Pの信号からそれに加圧すべき圧力を算出して、その圧力となるように制御弁の開度を制御すると共に、設定されているタイミングに基づいて各制御弁を開閉する。
【0048】
なお、上記に説明した実施の第1〜第5形態においては空気パージの例で説明したが、空気の代りにN2 ガスや燃料ガスを使用しても同様の効果が得られるものである。又、これら空気、N2 ガス、燃料ガスの温度は100℃以下のものを使用する。残留油は温度が150℃〜160℃位ではコーキングを起すのでコーキングを起さない、150℃〜160℃以下の空気又はガスを使用するのが好ましい。
【0049】
【発明の効果】
本発明のガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法は、(1)油とガス燃料を切換えて使用でき、かつ燃料供給系統がメインA、メインB、パイロットの3系統を有するガスタービン燃焼器の油ノズルにおいて、燃料を油からガスに切換えた直後に、前記メインA、メインB、パイロットの各系統に時分割で水又は気体を所定時間通し、最後に気体を所定時間同時に通して各系統に残留する油をパージすることを基本的な方法としている。このような方法により、3系統をそれぞれ別々に、かつタイミングをずらせてパージを行うので、短時間に多量の残留油が燃焼器に押し出されることがなく、そのためにガスタービンの出力変動を起すことがない。又、最終に再び気体で同時に3系統をパージするので、残留油を完全に押し出すことができる。
【0050】
本発明の(2)では、コーキングが最も起りやすいメインB系統を最初に水でパージする。次に気体でメインA系統、再びメインB系統、次にパイロット系統と時分割でタイミングをずらしパージを行うので、最もコーキングの発生しやすいメインB系統の残留油を確実にパージすることができる。又、(3)の発明では、水を使用することなく、気体のみでパージを実施するので、水の供給設備がない場合でも容易に気体のみでパージを効果的に実施できる。
【0051】
本発明の(4)では、最後に行う気体パージを前に実施する気体パージの圧力よりも高圧で、かつ時間を短くし、最後に残っている油を瞬時に押し出すようにし、又(5)の発明では、最後のパージもそれぞれ3系統において時間をずらすように実施してパージによるガスタービンの出力変動がないように残留する油を3系統同時ではなく連続的に滑らかに流出するようにする。
【0052】
又(6)の発明では、パイロット系統ではコーキングが比較的起りにくいので、気体パージの圧力を低くして気体の使用量を少くすることができる。更に(7)の発明においては、気体は空気を使用するので、高価な他のガスを使用しなくても良く、又、ガスの回収等の必要もなく、空気設備のみでパージが容易に実施できる。
【0053】
本発明の(8)では、油とガス燃料を切換えて使用でき、かつ燃料供給系統がメインA、メインB、パイロットの3系統を有するガスタービン燃焼器の油ノズルにおいて、水パージが前記メインA、B両系統において同時に、かつ燃料が油からガスに切換える前から燃料油に混入され燃料切換え後も引き続き所定時間実施され、その後時分割で気体パージを行うことを特徴としている。このような構成により、水パージが燃料切換えが終了しても水パージが引続き実施されるので油が残留し高温にさらされることがなくなる。又、水パージが燃料切換え時にも継続しているので、残留する油が少なくなり、油が押し出されて負荷が突変することがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1〜第3形態に係るガスタービン燃焼器の油ノズルパージ方法を実施するための装置の系統図である。
【図2】本発明の実施の第1形態に係る油ノズルパージ方法のタイミング図である。
【図3】本発明の実施の第2形態に係る油ノズルパージ方法のタイミング図である。
【図4】本発明の実施の第3形態に係る油ノズルパージ方法のタイミング図である。
【図5】本発明の実施の第4形態に係る油ノズルパージ方法のタイミング図である。
【図6】本発明の実施の第5形態に係る油ノズルパージ方法のタイミング図である。
【図7】デュアル方式のガスタービン燃焼器のノズルの代表的な断面図である。
【図8】図5に示す燃焼器ノズルの正面図である。
【図9】図5に示す燃焼器ノズルのうちメインノズルの先端部分を示す断面図である。
【図10】従来のデュアル方式の燃料系統におけるパージ系統図である。
【符号の説明】
1 水タンク
2,3 配管
4,5 制御弁
10 制御装置
20 パイロット系統
21 メインA系統
22 メインB系統
23 分配器
24 ヘッダ
25A,25B,25P 配管
26,27,28 制御弁
29 空気タンク
50 燃焼器
60 ガスタービン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oil nozzle purge method for a gas turbine combustor, which cuts off oil fuel and gas fuel.ChangeThis is a purge method that is applied to a dual type combustor that can be combusted in order to prevent coking from occurring after the fuel is switched from oil to gas and causing coking and clogging of the nozzle.
[0002]
[Prior art]
In dual-type gas turbine combustors, fuel is cut from oil to gas.ChangeAfter that, the gas operation is performed, but the fuel is used.gasCut intoChangeAfter that, the gas fuel burns and remains in a high temperature state with the fuel oil remaining, so that the residual oil is coked and the nozzle is blocked by this. So fuel cut to gas burningChangeLater, the remaining oil must be purged in an appropriate manner.
[0003]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a nozzle portion in the dual-type gas turbine combustor described above. In the figure, the outline is described. A pilot nozzle 40 is disposed at the center of a nozzle of a combustor, and eight
[0004]
On the other hand, in the
[0005]
FIG. 8 is a front view of the combustor nozzle. As shown in the figure, a pilot nozzle 40 is disposed at the center of the combustor 50, and eight
[0006]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the tip portion of the
[0007]
The dual-type nozzle of the gas turbine combustor described above has a pilot nozzle 40 at the center as shown in FIGS. 7 and 8, and the pilot nozzle 40 is surrounded by eight
[0008]
FIG. 10 is a diagram showing a conventional oil fuel system and purge method of a gas turbine. In the figure, reference numeral 60 denotes a gas turbine, and a plurality (20) of combustors 50 are arranged around the gas turbine. As shown in FIG. 8, each combustor 50 has a total of eight pilot nozzles 40 at the center and a main nozzle A30 and a main nozzle B30 arranged alternately. As shown in FIG. 10, in the pilot system, the main A system, and the main B system, oil fuel is supplied from different oil fuel systems. The pilot nozzle (P) is from the pilot system 20, the main nozzle (A) is from the main A system 21, and the main nozzle (B) is the main B system.22To each of the 20 combustors 50. Further, in the main A system 21, fuel is equally supplied to each combustor 50 by the
[0009]
In the fuel supply system described above, an
[0010]
The portions where coking is likely to occur due to the remaining oil are the oil distribution flow path 31 shown in FIG. 7 and the oil sump 38 and the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional oil nozzle purge method in the gas turbine combustor, the fuel is switched from oil to gas.ChangeIf the gas fuel is burned with the fuel oil remaining immediately after it is obtained, it is placed in a high temperature state, and the oil in the nozzle is caulked and solidified to close the nozzle. For this purpose, the fuel is switched from oil to gas.ChangeImmediately after feeding, the remaining oil is purged and discharged by sending air. If this purge is insufficient, the oil will not be discharged sufficiently and coking will occur, and if the purge is performed excessively, a large amount of oil fuel will be pushed out in a short time, causing the gas turbine to undergo a sudden output change. This is not preferable.
[0012]
Therefore, in the present invention, in a dual type gas turbine combustor, fuel is switched from oil to gas.ChangeImmediately after cleaning, a nozzle purge that sends water and air to the nozzle section with appropriate pressure and timing, and pushes out a large amount of oil in a short time during the purge to discharge the residual oil so as not to cause fluctuations in the output of the gas turbine. An object is to provide a method.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the following methods (1) to (8) in order to solve the above-mentioned problems.
[0014]
(1) In an oil nozzle of a gas turbine combustor that can be used by switching between oil and gas fuel and the fuel supply system has three systems of main A, main B, and pilot, the fuel is switched from oil to gas.ChangeImmediately after the operation, water or gas is passed through each of the main A, main B, and pilot systems in a time-sharing manner for a predetermined time, and finally, the oil remaining in each system is purged by simultaneously passing the gas for a predetermined time. Oil turbine purge method for gas turbine combustor.
[0015]
(2) The use of water or gas in the time division is as follows: first, water in the main B system, then gas in the main A system, then gas in the main B system, then gas in the pilot system, and finally 3 The purge method according to (1), wherein the purge is performed simultaneously with gas in the system.
(3) The purge method according to (1), wherein the purge is performed only with gas.
[0016]
(4) The last gas purge is characterized in that it is higher in pressure and shorter in time than the pressure of the previous gas purge (1)From(3)EitherThe described purge method.
[0017]
(5) The last gas purge is performed with a time lag instead of simultaneously passing in each of the three systems (1)From(3)EitherThe described purge method.
[0018]
(6) The gas purge in the pilot system is lower than the gas purge pressure in the main A and main B systems (1)From(3)EitherThe described purge method.
[0020]
(7) The purge method according to any one of (1) to (6), wherein the gas is air.
[0021]
(8) The oil nozzle of the gas turbine combustor which can be used by switching between oil and gas fuel and the fuel supply system has three systems of main A, main B and pilot, and the water purge is in both the main A and B systems An oil nozzle purging method for a gas turbine combustor, characterized in that the gas turbine combustor is mixed with the fuel oil before the fuel is switched from the oil to the gas at the same time, and is continued for a predetermined time after the fuel switching, and thereafter the gas purge is performed in a time-sharing manner.
[0022]
The gas turbine combustor oil nozzle purge method of the present invention is based on (1) as a basic method, and the fuel is switched from oil to gas.ChangeIf the gas is burned, the oil remaining in the oil nozzle system will coke and be fixed and the nozzle will be blocked, so it must be purged. In (1) of the present invention, the main A, main B, and pilot systems are purged by flowing water or gas in a time-sharing manner, and finally the remaining oil is purged with gas simultaneously for the three systems. Purge all residual oil. In (1) of the present invention, the three systems are purged separately and at different timings, so that a large amount of residual oil is not pushed out to the combustor in a short period of time, which causes fluctuations in the output of the gas turbine. There is nothing. In addition, since the three systems are purged with gas at the same time, the residual oil can be completely pushed out.
[0023]
In (2) of the present invention, the main B system where coking is most likely to occur is first purged with water. Next, the main A system, the main B system, and then the pilot system are purged at different timings in a time-sharing manner, so that the residual oil in the main B system, which is most likely to cause coking, can be reliably purged.Further, in the invention of (3), since the purging is performed only with the gas without using water, the purging can be easily performed with only the gas easily even when there is no water supply facility.
[0024]
(4), The pressure of the last gas purge is higher than the pressure of the gas purge performed before, and the time is shortened, and the oil remaining at the end is pushed out instantaneously.5In the invention of (3), the last purge is also carried out so that the time is shifted in each of the three systems so that the remaining oil flows out smoothly and continuously, not simultaneously, so that there is no fluctuation in the output of the gas turbine due to the purge. To do.
[0025]
or(6In the invention of), since coking is relatively difficult to occur in the pilot system, the gas purge pressure can be lowered to reduce the amount of gas used.. FurtherIn the invention of (7), since the gas uses air, it is not necessary to use other expensive gas, and there is no need for gas recovery, etc., and purging can be easily performed only with air equipment. it can.
[0026]
In (8) of the present invention, BurningEven after the charge switching is completed, the water purge is continued, so that oil remains and is not exposed to high temperatures. Also, water purge is fuel switchingTimeIn this case, the remaining oil is reduced, and the oil is not pushed out and the load is not suddenly changed.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of an apparatus for carrying out an oil nozzle purging method for a gas turbine combustor according to the present invention, and is a system diagram for implementing the first to fifth embodiments of the present invention. In the figure, the basic system is shown in the figure.10However, the features of the present invention are the portions indicated by
[0028]
In FIG. 1, 1 is a water tank, 2 and 3 are piping, and 4 and 5 are control valves. A
[0029]
The
[0030]
As shown in FIG. 1, the dual type oil fuel nozzle is composed of three systems of a pilot system 20, a main A system 21, and a main B system 22.10However, as described above, due to the difference in the structure and arrangement of the nozzles, in the main A system 21, there are considerable differences in the mounting positions of the 20 combustors, for example, a difference of 4 m, and oil fuel is supplied to these fuel nozzles.
[0031]
FIG. 2 is a timing diagram of purging of the oil nozzle purging method for the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention, which is carried out in the system shown in FIG. As shown in the figure, when purging, the main A, main B, and pilot systems are purged separately to suppress the output fluctuation of the gas turbine, and the purge method is also performed at different timings to reduce the output fluctuation. First, a low-pressure purge is performed, and then a high-pressure purge is performed.
[0032]
In FIG. 2, first, in the main B system where coking is most likely to occur, 5 seconds after the end of fuel switching (t0= 5 seconds), water purge W (B) is performed. The water purge W (B) is performed by opening the
[0033]
Then tFour= 5 seconds later, this time, air purge LP (B) with low-pressure air is performed in the main B system. The time of the air purge LP (B) is tFive= 90 seconds, the pressure is the cabin pressure + 0.7 bar. Then t6= After 5 seconds, air purge LP (P) with low-pressure air is performed in the pilot system. The time of this air purge LP (P) is t7= 315 seconds, the pressure is the cabin pressure +0.3 bar. In the pilot system, since caulking is relatively difficult, 0.3 bar is set. When the air purge LP (P) of this pilot system is finished, finally t8= After 5 seconds, air purge HP (A), HP (B), HP (P) is performed with high-pressure air at the same time for each of the main A, main B, and pilot systems. The time at this time is t9= 30 seconds, and the pressure in the passenger compartment is +1.3 bar.
[0034]
As described above, in each system, the remaining oil is not purged at once in a short time, but the air purge is divided into the purge with the low-pressure air in the previous stage and the purge with the high-pressure air in the subsequent stage. When purging at the same time, a large amount of oil fuel is discharged, which burns in a short period of time and causes fluctuations in the output of the gas turbine. Further, since coking is most likely to occur in the main B system, the water purge W (B) is performed first, then the air purge and finally the high pressure air purge.
[0035]
The purge pressure must be controlled so that the difference between the supply pressure of the purge air and the pressure in the vehicle interior is constant. As described above, based on the vehicle interior pressure, +0.7 bar for low pressure, Set to +1.3 bar. In addition, since the purge operation time of the valve is about 0.5 seconds, for example, in the air purge LP (A) in the main A system, the valve operation time t2, TFourT2+ TThree+ TFourIs the actual opening time, and the actual opening time when the air flows out is tThreeIt will be.
[0036]
According to the first embodiment, the main A, main B, and pilot systems are purged at different timings, respectively. In the main A system, the low-pressure air purge LP (A), and then High pressure air purge HP (A) in the main B system, water purge W (B) first, then low pressure air purge LP (B), and finally high pressure air purge HP (B). In the pilot system, low pressure air purge LP (P) is performed, and then high pressure high air purge HP (P) is performed. In addition, the last air purge HP (A), HP (B), HP (P) is performed at a high pressure at the same time in a short time, and all remaining oil is discharged. Even if the fuel is switched from oil to gas by such a purging method, there is almost no remaining oil in the oil nozzle system, so that coking does not occur and the nozzle is not clogged. Therefore, the output fluctuation of the gas turbine does not occur. Note that the air purges HP (A), HP (B), and HP (P) performed at the same time do not always have to be the same, and the time may be shifted from each other.
[0037]
FIG. 3 is a timing chart of the oil nozzle air purge of the gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention, and is an example in which only the air purge is performed without using water. First, in the main B system where coking is most likely to occur,ChangeAfter t0= After 5 seconds, the low pressure air purge LP (B ′) is t11= 120 seconds, the pressure is increased at the cabin pressure + 0.7 bar. Then t12= After 5 seconds, the low pressure air purge LP (A ′) is t in the main A system.13= 60 seconds, the pressure is similarly set to +0.7 bar, then t14= Low pressure air purge LP (P) t in pilot system after 5 seconds15= 315 seconds, pressure is +0.3 bar and finally t16= High pressure air purge HP (A), HP (B), HP (P) at the same time after 5 seconds17= 30 seconds, pressure is +1.3 bar.
[0038]
In the second embodiment described above, the water purge W (B) of the first embodiment shown in FIG. 2 is eliminated, and only the air purge LP (B ′) is used in the main B system. t11= It is carried out with a length of about 120 seconds. This second embodiment is a particularly effective method when there is no water facility, and is an economical method because water is not used, and the same effect as the first embodiment can be obtained. It is.
[0039]
FIG. 4 is a timing diagram of an oil nozzle purging method for a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention. In the figure, in the third embodiment, water purging W (A) is added to the main A system in the system of the first embodiment shown in FIG. is there. In the third embodiment, water purging can also be performed in the main A system, so this is an effective method when coking is likely to occur in the A system for some reason. It has the same effect.
[0040]
FIG. 5 is a timing diagram of an oil nozzle purging method for a gas turbine combustor according to a fourth embodiment of the present invention. In the figure, T is the fuel switching time, during which the fuel is switched from oil to gas.ChangeFirst, the pilot system switches from oil to gas.ChangeThen, the main system is switched from oil to gas. In the main A and B systems, the water injection W / I is made in the oil fuel before the fuel switching time T, the water injection is stopped immediately before the switching, and then the fuel is cut in the order of the pilot system and the main A and B systems. Change.
[0041]
After the fuel is switched, the water purge W is first performed in the main A and B systems, and then the main A and B systems and the pilot system are simultaneously purged with low pressure air.1Followed by high pressure purge HP with high pressure air, followed by low pressure purge LP with low pressure air2Perform for a relatively long time. The air purge time in this case is LP as shown in the figure.2> LP1It is preferred to purge as> HP.
[0042]
The fourth embodiment has an effect of preventing coking as in the third embodiment, but the oil remaining for a short time Δt until the oil runs out and the water purge W starts is short. Although it is time, it will be exposed to high temperatures. When the number of purges overlaps, there is a risk of coking, and there is a method of the fifth embodiment shown in FIG. 6 to prevent coking more reliably.
[0043]
FIG. 6 is a timing chart of an oil nozzle purge method for a gas turbine combustor according to a fifth embodiment of the present invention. In the figure, the oil fuel runs out and switches to gas at the fuel switching time T, but before the switching, the water purge WP is performed on the oil fuel, water is mixed into the oil fuel, and the flow rate of the oil fuel is gradually increased as the switching proceeds. At the end of switching, only water flows in the oil nozzle, and the water purge WP is continued for a predetermined time from the end of switching. After the water purge WP is cut off, for example, after 5 seconds, the low pressure air purge LPThreeFor a predetermined time, followed by lower pressure air purge LPFourFor a predetermined time. Air purge LPThreeIs a purge in place of the air purges LP and HP shown in FIG. 5, and the above-described water purge is extended, so that a high-pressure HP purge is unnecessary.
[0044]
In the fifth embodiment described above, even when the water purge WP completes the fuel switching, the water purge is continuously performed, so that oil remains and is not exposed to high temperatures. Further, since the water purge WP continues even when the fuel is switched, the remaining oil is reduced, and the oil is not pushed out and the load is not suddenly changed.
[0045]
In the fourth and fifth embodiments, the water purge W, WP, air purge LP only for the main A and B systems.1, LP2, LPThree, LPFourAlthough an example of performing HP has been described, the same air purge may be performed in the pilot system, and the pilot system may naturally perform the air purge shown in FIG.
[0046]
In the first to fifth embodiments described above, the control of the air purge and water purge timing is already performed by the
[0047]
The
[0048]
In the first to fifth embodiments described above, an example of air purge has been described. However, instead of air, N2Even if gas or fuel gas is used, the same effect can be obtained. These air, N2Gas and fuel gas temperatures of 100 ° C. or lower are used. Since the residual oil causes coking at a temperature of about 150 ° C. to 160 ° C., it is preferable to use air or gas of 150 ° C. to 160 ° C. or less that does not cause coking.
[0049]
【The invention's effect】
The oil nozzle purge method for a gas turbine combustor according to the present invention includes: (1) an oil nozzle for a gas turbine combustor that can be used by switching between oil and gas fuel and that has three fuel supply systems: main A, main B, and pilot. The fuel from oil to gasChangeBasically, water or gas is passed through each of the main A, main B, and pilot systems in a time-sharing manner for a predetermined time, and finally gas is passed simultaneously for a predetermined time to purge oil remaining in each system. It's a way. By purging the three systems separately and at different timings by such a method, a large amount of residual oil is not pushed out to the combustor in a short time, which causes fluctuations in the output of the gas turbine. There is no. In addition, since the three systems are purged with gas at the same time, the residual oil can be completely pushed out.
[0050]
In (2) of the present invention, the main B system where coking is most likely to occur is first purged with water. Next, the main A system, the main B system, and then the pilot system are purged at different timings in a time-sharing manner, so that the residual oil in the main B system, which is most likely to cause coking, can be reliably purged.Further, in the invention of (3), since the purging is performed only with the gas without using water, the purging can be easily performed with only the gas easily even when there is no water supply facility.
[0051]
(4), The pressure of the last gas purge is higher than the pressure of the gas purge performed before, and the time is shortened, and the oil remaining at the end is pushed out instantaneously.5In the invention of (3), the last purge is also carried out so that the time is shifted in each of the three systems so that the remaining oil flows out smoothly and continuously, not simultaneously, so that there is no fluctuation in the output of the gas turbine due to the purge. To do.
[0052]
or(6In the invention of), since coking is relatively difficult to occur in the pilot system, the gas purge pressure can be lowered to reduce the amount of gas used.. FurtherIn the invention of (7), since the gas uses air, it is not necessary to use other expensive gas, and there is no need for gas recovery, etc., and purging can be easily performed only with air equipment. it can.
[0053]
In (8) of the present invention, in the oil nozzle of a gas turbine combustor that can be used by switching between oil and gas fuel and the fuel supply system has three systems of main A, main B, and pilot, the water purge is the main A In both systems B and B, the fuel is mixed into the fuel oil before the change from oil to gas and is continued for a predetermined time after the fuel change, and then the gas purge is performed in a time division manner. With such a configuration, even if the water purge is completed after the fuel switching is completed, the water purge is continuously performed, so that oil remains and is not exposed to a high temperature. Further, since the water purge is continued even when the fuel is switched, the remaining oil is reduced, and the oil is not pushed out and the load is not suddenly changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of an apparatus for carrying out an oil nozzle purging method for a gas turbine combustor according to first to third embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart of the oil nozzle purging method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a timing diagram of an oil nozzle purging method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing diagram of an oil nozzle purging method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a timing diagram of an oil nozzle purging method according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a timing chart of an oil nozzle purge method according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a typical sectional view of a nozzle of a dual type gas turbine combustor.
FIG. 8 is a front view of the combustor nozzle shown in FIG. 5;
9 is a cross-sectional view showing a tip portion of a main nozzle in the combustor nozzle shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram of a purge system in a conventional dual type fuel system.
[Explanation of symbols]
1 Water tank
2,3 piping
4,5 Control valve
10 Control device
20 Pilot system
21 Main A system
22 Main B system
23 Distributor
24 header
25A, 25B, 25P Piping
26, 27, 28 Control valve
29 Air tank
50 combustor
60 Gas turbine
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