JP4939179B2 - Gas turbine combustor and operation method thereof - Google Patents
Gas turbine combustor and operation method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4939179B2 JP4939179B2 JP2006311092A JP2006311092A JP4939179B2 JP 4939179 B2 JP4939179 B2 JP 4939179B2 JP 2006311092 A JP2006311092 A JP 2006311092A JP 2006311092 A JP2006311092 A JP 2006311092A JP 4939179 B2 JP4939179 B2 JP 4939179B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- gas
- liquid fuel
- nozzle
- combustor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Landscapes
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Description
本発明は、ガスタービン燃焼器並びにその運転方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃焼用空気温度以下の温度で気化する液体燃料と天然ガスとを混焼できるガスタービン燃焼器並びにその運転方法に関するものである。 The present invention relates to a gas turbine combustor and an operation method thereof. More specifically, the present invention relates to a gas turbine combustor capable of co-firing a liquid fuel vaporized at a temperature lower than the combustion air temperature and natural gas, and an operating method thereof.
近年、環境に悪影響を与える窒素酸化物(NOx)や浮遊粒子状物質(SPM)の発生を抑制することが求められており、かつ石油に代わる燃料として、バイオマス燃料の利用が求められている。 In recent years, it has been required to suppress the generation of nitrogen oxides (NOx) and suspended particulate matter (SPM) that adversely affect the environment, and the use of biomass fuel is required as a fuel to replace petroleum.
軽油やA重油などの化石燃料由来の液体燃料を用いるガスタービン燃焼器は、LNG(液化天然ガス)などのガス燃料を用いるガスタービン燃焼器と比べて高濃度のNOxを排出するとともに、SPMの原因となるスモークを排出する可能性もある。このため、燃料の噴射方法の改善やバーナーの構造の工夫、および水または水蒸気の燃焼器内への噴射などによって、その低減が図られているが、十分な効果が得られているとはいえないものである。特に、NOxについては十分な低減効果が得られておらず、高価な排煙脱硝装置の設置が行われている。さらに、水または水蒸気を噴射するとエネルギー損失が増大する問題もある。 Gas turbine combustors that use liquid fuels derived from fossil fuels such as light oil and heavy oil A emit higher concentrations of NOx than gas turbine combustors that use gas fuels such as LNG (liquefied natural gas), and SPM There is also the possibility of discharging the causative smoke. For this reason, the reduction has been achieved by improving the fuel injection method, devising the structure of the burner, and injecting water or steam into the combustor, but it can be said that sufficient effects have been obtained. There is nothing. In particular, NOx has not been sufficiently reduced, and an expensive flue gas denitration apparatus has been installed. Furthermore, there is also a problem that energy loss increases when water or water vapor is injected.
一方、我が国は京都議定書の締結によって二酸化炭素(CO2)などの温室効果ガスの排出量の削減義務が課されているが、バイオマスの燃焼によって排出されるCO2 は、生物の成長過程で大気中から吸収したCO2 であることから、バイオマスの燃焼はCO2を増加させない(CO2ニュートラル)。このため、石油系燃料をバイオマス燃料で代替することにより、CO2の排出削減に大きく貢献することができる。さらに、我が国では「電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法」(RPS法)が施行され、電気事業者に対し、バイオマスを含む新エネルギーにより発電された電気を一定の割合で利用することを義務付けている。 On the other hand, Japan is obligated to reduce the amount of greenhouse gas emissions such as carbon dioxide (CO 2 ) by concluding the Kyoto Protocol, but CO 2 emitted by the combustion of biomass is emitted into the atmosphere during the growth of organisms. because it is absorbed CO 2 from in the combustion of the biomass does not increase CO 2 (CO 2 neutral). For this reason, substituting petroleum-based fuel with biomass fuel can greatly contribute to CO 2 emission reduction. Furthermore, in Japan, the “Special Measures Law Concerning the Use of New Energy by Electric Power Companies” (RPS Law) has been enforced, and electricity generated by new energy, including biomass, is used at a certain rate for electric power companies. It is obligatory.
そこで、木屑などの固形バイオマス燃料を石炭に混入して発電用ボイラーで燃焼させる方法、発電用ガスタービン燃焼器で燃焼させる方法およびガス化して発電用ガスタービン燃焼器で燃焼させる方法などが検討されている。 Therefore, a method of mixing solid biomass fuel such as wood chips into coal and combusting it with a power generation boiler, a method of combusting with a power generation gas turbine combustor, a method of gasifying and combusting with a power generation gas turbine combustor, etc. are studied. ing.
例えば、固形バイオマス燃料をガスタービン燃焼器で燃焼する方法が提案されている(特許文献1)。この方法では、化石燃料、バイオマス燃料を適宜選択して燃焼ガスを生成すること、生成された燃焼ガスに含まれる不純物をサイクロンセパレータで除去した後にガスタービンに供給すること、サイクロンセパレータ出口温度が800℃を下回らないようにすることなどが必要とされている。その理由は、固形バイオマス燃料の発熱量が低く、バイオマス燃料のみでは起動運転および部分負荷運転ができないこと、固形バイオマス燃料の燃焼によって生成する灰を除去しないとタービン翼に灰が付着すること、固形バイオマス燃料中にダイオキシンの原因物質が含まれるため、800℃以上にしないとダイオキシンを発生することに起因している。 For example, a method of burning solid biomass fuel with a gas turbine combustor has been proposed (Patent Document 1). In this method, fossil fuel and biomass fuel are appropriately selected to generate combustion gas, impurities contained in the generated combustion gas are removed by a cyclone separator and then supplied to the gas turbine, and the cyclone separator outlet temperature is 800 It is necessary to keep the temperature below ℃. The reason is that the calorific value of the solid biomass fuel is low, the start-up operation and partial load operation cannot be performed only with the biomass fuel, the ash adheres to the turbine blades unless the ash generated by the combustion of the solid biomass fuel is removed, Since the causative substance of dioxin is contained in the biomass fuel, it is caused by generating dioxin unless the temperature is higher than 800 ° C.
また、固形バイオマス燃料などをガス化して発電用ガスタービン燃焼器で燃焼する方法が提案されている(特許文献2)。この方法では、ガス化した気体燃料の圧縮機に水噴霧手段を設け、気体燃料の圧縮過程で水を噴霧して圧縮機内で蒸発させ、このときの吸熱作用を利用して圧縮に伴うガス温度の上昇を抑えること、および気体燃料のガス温度を300℃以上にすることが必要とされている。その理由は、温度の高い気体燃料を圧縮すると、さらに温度が高くなって圧縮エネルギーがガスタービンで発生するエネルギーに比べ同じ程度の大きさになり、出力されるエネルギーが減ってしまうこと、およびバイオマスなどをガス化した可燃性ガスは低温になると液化するタール分と呼ばれる成分を含み、ガス温度が低くなった時に粘性の高い液体となって配管や機器などに付着し、閉塞などの問題を起こすことに起因している。また、特許文献2では、タール分による問題を回避する従来の方法として、ガス化温度を高くしてタール分を熱分解する方法、ガスを水洗してタールを除去する方法が記載されているが、エネルギー損失の発生および設備の複雑化などの欠点があること、さらに、気体燃料の圧縮を不要とする従来の方法として、ガス化を加圧で行う方法があるが、耐圧容器が必要となり、安全上の問題を生じるとともに、運転費が増加する欠点を有している。
Further, a method has been proposed in which solid biomass fuel or the like is gasified and burned in a power generation gas turbine combustor (Patent Document 2). In this method, a water spray means is provided in a compressor of gasified gaseous fuel, water is sprayed in the process of compressing the gaseous fuel and evaporated in the compressor, and the gas temperature accompanying the compression using the endothermic effect at this time is used. It is necessary to suppress the rise of the gas and to increase the gas temperature of the gaseous fuel to 300 ° C. or higher. The reason for this is that compressing high-temperature gaseous fuel further increases the temperature and the compressed energy becomes the same level as the energy generated by the gas turbine, resulting in a decrease in the output energy, and biomass. Combustible gas that gasifies etc. contains a component called tar that liquefies at low temperatures, and when the gas temperature becomes low, it becomes a highly viscous liquid and adheres to piping and equipment, causing problems such as clogging It is due to that. In
既設LNGガスタービンを利用してCO2の抑制を図るためには、LNGガスタービンを植物由来の液体燃料との混焼が可能になるように改造する方法が合理的である。そこで、固形またはガス化バイオマス燃料に対し、植物油を原料として液体化したバイオエタノールを適用できるガスタービンが提案されている(特許文献3)。この方法では、拡散燃焼部と予混合燃焼部からなる多段燃焼式燃焼器を採用し、拡散燃焼部にアルコール、予混合燃焼部に天然ガスを供給して各燃料を燃焼させる。その結果、拡散燃焼すなわち非予混合燃焼を単独で行う低負荷運転時に、非予混合燃焼の中ではNOx生成の少ないアルコールを用いることにより、天然ガス単独の燃焼器と比較して低負荷運転でのNOxを抑制できる。なお、前記ガスタービン以外に、灯油、軽油、A重油などの液体燃料を用いるガスタービンが実用化されおり、これらにバイオエタノールを適用できるが、そのほとんどが非予混合燃焼方式である。 In order to suppress CO 2 using an existing LNG gas turbine, it is reasonable to modify the LNG gas turbine so that it can be co-fired with plant-derived liquid fuel. Then, the gas turbine which can apply the bioethanol liquefied by using vegetable oil as a raw material with respect to solid or gasification biomass fuel is proposed (patent document 3). In this method, a multistage combustion combustor comprising a diffusion combustion section and a premix combustion section is employed, and alcohol is supplied to the diffusion combustion section and natural gas is supplied to the premix combustion section to burn each fuel. As a result, during low-load operation where diffusion combustion, that is, non-premixed combustion alone, is performed, by using alcohol with less NOx generation in non-premixed combustion, compared with a combustor using only natural gas, NOx can be suppressed. In addition to the gas turbines, gas turbines using liquid fuels such as kerosene, light oil, and A heavy oil have been put into practical use, and bioethanol can be applied to them, most of which are non-premixed combustion systems.
一方、予混合燃焼部に液体燃料を利用した燃焼器が提案されている(特許文献4)。この方法では、燃焼器を一次燃焼ゾーンと二次燃焼ゾーンで構成し、二次燃焼ゾーンに環状予備混合通路を介して気体燃料のリーンな混合物を供給する気体燃料噴射部と、その後流に液体燃料のリーンな混合物を導入する液体燃料噴霧ノズルを設置する。その結果、気体予備混合通路において液体燃料も予備混合できるために、液体燃料も希薄予混合燃焼に近い燃焼が可能になり、非予混合燃焼と比べてNOxを抑制できる。 On the other hand, a combustor using liquid fuel in a premixed combustion section has been proposed (Patent Document 4). In this method, a combustor is composed of a primary combustion zone and a secondary combustion zone, a gaseous fuel injection section for supplying a lean mixture of gaseous fuel to the secondary combustion zone via an annular premixing passage, and a liquid in the downstream Install a liquid fuel spray nozzle to introduce a lean mixture of fuel. As a result, since liquid fuel can also be premixed in the gas premixing passage, the liquid fuel can be burned close to lean premixed combustion, and NOx can be suppressed as compared with non-premixed combustion.
さらに、近年、天然ガス、石炭やCO2ニュートラルであるバイオマス等から製造されるDME(ジメチルエーテル)やメタノール、エタノールをはじめとするアルコール系燃料が新燃料として着目されている。そして、これらの燃料などを、エネルギー危機に備えての燃料の多様化の一環として、熱効率の高い発電での使用が望まれる。近年、ガスタービンの後流に、排ガスの熱を回収し蒸気を発生する排ガスボイラーを備え、その蒸気を用いて蒸気タービンを回すガスタービンコンバインド発電プラント(GTCC)が注目されているが、このプラントでは発電効率が50%を越え、従来の発電設備の効率を大きく上回っている。一方、天然ガスや石炭およびバイオマスなどを起源とするDME、また、アルコール系燃料は、生産コストが高い傾向がある。効率の高いGTCCでこのような生産コストの高い燃料を使うことにより、発電量あたりのコストを抑制することが可能である。現在、電気事業用として用いられている大型ガスタービンの大半、また中小型ガスタービンにおいてもその多くが、窒素酸化物(NOx)低減のために天然ガスを燃料としており、DMEなどの液化ガスやアルコール系燃料などの液体燃料を使用することができない状態である。 Furthermore, in recent years, DME (dimethyl ether) produced from natural gas, coal, biomass such as CO 2 neutral, etc., alcohol fuels such as methanol and ethanol have attracted attention as new fuels. These fuels and the like are desired to be used for power generation with high thermal efficiency as part of fuel diversification in preparation for an energy crisis. In recent years, the gas turbine combined power plant (GTCC), which has an exhaust gas boiler that recovers the heat of exhaust gas and generates steam in the downstream of the gas turbine and uses the steam to turn the steam turbine, has attracted attention. Therefore, the power generation efficiency exceeds 50%, greatly exceeding the efficiency of conventional power generation facilities. On the other hand, DME originating from natural gas, coal and biomass, and alcohol-based fuels tend to have high production costs. By using such fuel with high production costs in the highly efficient GTCC, it is possible to reduce the cost per power generation. Most of the large gas turbines currently used for the electric power industry and most of the small and medium-sized gas turbines use natural gas as fuel to reduce nitrogen oxides (NOx). This is a state in which liquid fuel such as alcohol fuel cannot be used.
しかしながら、木屑などの固形バイオマス燃料を利用するこれらの方法は、固形バイオマスの質量あたりの発熱量が低い上に、さらに収集効率および輸送効率も悪く、かつ生成する灰またはスラグの処理も必要となり、経済性に劣るなどの問題がある。 However, these methods using solid biomass fuel such as wood chips have a low calorific value per mass of solid biomass, and also have poor collection efficiency and transport efficiency, and also require treatment of the generated ash or slag, There are problems such as inferior economy.
また、特許文献1記載の方法では、サイクロンセパレータが必要となり設備の大型化および設備費の増加を招くとともに、高温の灰によるサイクロンの摩耗を生じる恐れがある。さらに、サイクロン入口及び出口の温度管理が必要となり、そのための制御が複雑になる。また、サイクロンセパレータの耐熱性の問題のため、ガス温度に制限があり、エネルギー損失も大きい。さらに、固形バイオマス燃料中に含まれるナトリウム、カリウムなどの微量成分がタービンなどの材料を劣化させるが、その対策がとられていない。
Further, the method described in
また、特許文献2の方法では、純水が必要になるとともに、水の供給装置および制御装置も必要となり、設備費、運転費が増加する。また、燃料のガス化に伴うエネルギー損失を防ぐことはできない。さらに、固形バイオマス燃料の収集効率および輸送効率が悪いこと、および生成する灰またはスラグの処理費用が必要になることは共通の課題として残っている。さらに、固形バイオマス燃料中に含まれるナトリウム、カリウムなどの微量成分がタービンなどの材料を劣化させるが、その対策がとられていない。
In addition, the method of
また、特許文献3記載の方法では、予混合燃焼を併用した高負荷運転に切り替えた後も、予混合燃焼と比べてNOxを多量に発生する非予混合燃焼でアルコールを燃焼するために、高負荷運転時に十分なNOx低減効果が得られない問題がある。
Further, in the method described in
また、特許文献4記載の方法では、気体燃料と空気の混合気の中に液体燃料が噴霧されるため、液体燃料の噴霧が蒸発しながら、気体燃料と空気の混合気とさらに混合することとなる。ここで、液体燃料の噴霧粒子は、液体のままでは燃焼できず、蒸発して空気と反応することによって燃焼する。したがって上記噴霧粒子が完全に蒸発するまでは、噴霧粒子の周囲で高濃度の液体燃料蒸気が分布し、かつ気体燃料も加わって、さらに高濃度の可燃ガスが分布することとなる。その結果、燃焼器に噴射される燃料と空気の混合気内の可燃ガス濃度分布が不均一になり、可燃ガス濃度が高い部分が高温で燃焼してサーマルNOxを多量に発生する。さらに、最悪の場合は環状予備混合通路内で燃焼し、燃焼器を損傷する恐れを生じる。
Further, in the method described in
さらに、DMEやアルコールなどの液体燃料を天然ガスと共に燃焼器内に噴射させて混焼しようとしても、液体のまま燃焼器内に噴霧して燃焼させると非予混合燃焼となってしまうため、局所的高温域が発生してNOx増大を招く虞がある。即ち、燃焼器内で温度むらや燃焼性のむらを生じ、NOxの増加、一酸化炭素や未燃炭化水素の増加、タービンや燃焼器の寿命低下、予混合ノズル内への逆火を生じる恐れがある。 Further, even if liquid fuel such as DME or alcohol is injected into the combustor together with natural gas to be mixed and burned, if it is sprayed and combusted in the combustor as a liquid, it will become non-premixed combustion. There is a possibility that a high temperature region may be generated and increase NOx. That is, there is a risk of causing temperature unevenness and combustibility unevenness in the combustor, increasing NOx, increasing carbon monoxide and unburned hydrocarbons, reducing the life of the turbine and the combustor, and causing backfire into the premixing nozzle. is there.
本発明は、NOxの増加を伴わずに液体燃料とガス燃料との混焼が可能なガスタービン燃焼器並びにガスタービン運転方法を提供することを目的とする。さらには、本発明は、既存の天然ガス用ガスタービン燃焼器に僅かな改造を加えるだけで、液体燃料だけを燃焼させるガスタービン燃焼器よりも二酸化炭素、窒素酸化物の排出が少ないガスタービン燃焼器、または天然ガスだけを燃料として用いる場合よりも二酸化炭素排出量を低減できるガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor and a gas turbine operating method capable of co-firing liquid fuel and gas fuel without increasing NOx. Furthermore, the present invention is a gas turbine combustion that emits less carbon dioxide and nitrogen oxides than a gas turbine combustor that burns only liquid fuel with a slight modification to an existing gas turbine combustor for natural gas. It is an object of the present invention to provide a gas turbine combustor that can reduce carbon dioxide emissions as compared with the case where only natural gas is used as fuel.
かかる目的を達成するために請求項1記載の発明にかかるガスタービン燃焼器は、ガスを燃料として用い、ガス燃料を空気と混合した予混合気を燃焼器に供給する予混合ノズルを備えるガスタービン燃焼器において、負荷運転以上の運転条件でガス燃料を主たる燃料として供給しながら、予混合ノズルに供給される燃焼用空気の温度あるいはそれよりも低い温度で完全に気化しかつ燃焼用空気の流量に対して可燃限界下限値未満の濃度となる量の液体燃料を従たる燃料としてガス燃料の噴射口より上流で燃焼用空気の流れの中に液体のまま噴射する液体燃料の噴射口を備え、液体燃料を燃焼用空気と混合して完全に気化させた後にガス燃料と混合し、完全に気化した液体燃料と燃焼用空気とガス燃料との希薄予混合気として予混合ノズルから燃焼器に供給して混焼させ、タービンを駆動する燃焼ガスを生成するようにしている。また、請求項5記載の発明にかかるガスタービン運転方法は、ガスを燃料として用い、ガス燃料を空気と混合した予混合気を燃焼器に供給する予混合ノズルを備えるガスタービン燃焼器において、負荷運転以上の運転条件でガス燃料を主たる燃料として供給しながら、予混合ノズルに供給される燃焼用空気の温度あるいはそれよりも低い温度で完全に気化しかつ燃焼用空気の流量に対して可燃限界下限値未満の濃度となる量の液体燃料を従たる燃料としてガス燃料の噴射位置よりも上流で液体のまま噴射し、液体燃料を燃焼用空気と混合して完全に気化させた後にガス燃料と混合し、完全に気化した液体燃料と燃焼用空気とガス燃料との希薄予混合気として予混合ノズルから燃焼器に供給して混焼させるようにしている。
In order to achieve this object, a gas turbine combustor according to the first aspect of the present invention includes a premixing nozzle that uses a gas as a fuel and supplies a premixed gas in which the gas fuel is mixed with air to the combustor. In the combustor, gas gas is supplied as the main fuel under operating conditions above the load operation, and the gas is completely vaporized at the temperature of the combustion air supplied to the premixing nozzle or at a temperature lower than that, and the flow rate of the combustion air A liquid fuel injection port for injecting liquid liquid in the flow of combustion air upstream from the gas fuel injection port as a subordinate amount of liquid fuel with a concentration less than the lower limit of flammability limit, the liquid fuel is mixed with combustion air is mixed with the gas fuel after being completely vaporized, from a fully premixed nozzle as lean premixed mixture of vaporized liquid fuel and the combustion air and gas fuel It is supplied to the burn unit to co-firing, and to generate a combustion gas for driving the turbine. The gas turbine operation method according to the invention described in
したがって、予混合ノズル内において燃焼用空気の流れの中に噴射された液体燃料は、燃焼用空気の温度あるいはそれよりも低い温度で完全に気化するものであることから、燃焼用空気と接触すると同時に完全に気化して混合される。しかも、液体燃料は燃焼用空気に対して可燃限界下限値未満の濃度となる量であるため、燃焼を開始することなく均一に混合される。その後に、完全に気化した液体燃料と燃焼用空気とガス燃料とが混合されて希薄予混合気にして燃焼器に供給されるので、燃焼器内で希薄予混合燃焼を起こす。 Therefore, the liquid fuel injected into the combustion air flow in the premixing nozzle is completely vaporized at the temperature of the combustion air or lower, so that it comes into contact with the combustion air. At the same time, completely vaporized and mixed. Moreover, since the liquid fuel is in an amount that is less than the lower limit of the flammability limit with respect to the combustion air, the liquid fuel is uniformly mixed without starting combustion. Thereafter, the fully vaporized and liquid fuel and combustion air and gas fuel is supplied to the combustor in the lean premixed mixture is mixed, causing lean premixed combustion in a combustor.
ここで、本発明のガスタービン燃焼器において用いられる液体燃料としては、予混合ノズルに供給される燃焼用空気の温度あるいはそれよりも低い温度で完全に気化する液体燃料、例えばアルコール系燃料、より好ましくは植物由来のアルコール系燃料、さらに好ましくはバイオエタノールの使用であり、さらにはLPGまたはDMEなどの非アルコール系の液化燃料、より好ましくはジメチルエーテルの使用である。 Here, the liquid fuel used in the gas turbine combustor of the present invention is a liquid fuel that is completely vaporized at the temperature of the combustion air supplied to the premixing nozzle or at a temperature lower than that, such as an alcohol fuel. The use of a plant-derived alcohol fuel, more preferably bioethanol, more preferably a non-alcohol liquefied fuel such as LPG or DME, more preferably dimethyl ether.
本発明のガスタービン燃焼器並びにその運転方法によると、可燃限界下限値未満の濃度となる液体燃料を完全に気化させながら空気と混合させた後、ガス燃料を加えてそれらの希薄予混合気にして燃焼器に供給しているので、液体燃料を従たる燃料として用いても、燃焼器内では希薄予混合燃焼が実現され、液体燃料だけを燃焼させるガスタービンよりもNOxを低減できる。即ち、完全に気化した液体燃料と燃焼用空気とガス燃料との希薄予混合気として燃焼器内に供給されるので、燃焼器内での温度むらや燃焼性のむらの発生を抑制でき、NOxの増加を防ぐと共に一酸化炭素や未燃炭化水素の増加を抑え、タービンや燃焼器の寿命が低下するのを防止できる。しかも、万一液体燃料が液体燃料ノズルの近くで燃焼しても、液体燃料の流量が少ないために、温度が大きく上昇せず、安全である。 According to the gas turbine combustor and the operation method thereof of the present invention, after the liquid fuel having a concentration below the lower limit of flammability is completely vaporized and mixed with air, the gas fuel is added to obtain a lean premixed gas . Therefore, even if liquid fuel is used as a subordinate fuel, lean premixed combustion is realized in the combustor, and NOx can be reduced as compared with a gas turbine that burns only liquid fuel. That is, since it is supplied into the combustor as a lean premixed mixture of completely vaporized liquid fuel, combustion air and gas fuel, it is possible to suppress the occurrence of temperature unevenness and combustibility unevenness in the combustor, and NOx It is possible to prevent the increase in carbon monoxide and unburned hydrocarbons and prevent the life of the turbine and the combustor from decreasing. Moreover, even if the liquid fuel burns near the liquid fuel nozzle, the temperature does not increase greatly because the flow rate of the liquid fuel is small, and it is safe.
また、ボイラー蒸気タービン発電と比べて、高いエネルギー効率が得られるガス燃料用ガスタービン複合発電を利用して液体燃料を燃焼できるので、エネルギーの有効利用即ち燃料消費量を低減できることから、CO2の生成量も低減できる。 Further, as compared with a boiler steam turbine power generation, since high energy efficiency by utilizing a gas fuel gas turbine combined power generation obtained can burn liquid fuel, because it can reduce the effective utilization i.e. fuel consumption energy, the CO 2 The production amount can also be reduced.
さらに、既存のガス燃料用ガスタービン燃焼器を用い、液体燃料をガス燃料と別のノズルから供給する構造なので、既存設備のガス供給系、ガス燃料ノズルおよびガス燃料用バーナーをそのまま使うか、少ない改造で使うことができる。したがって、液体燃料供給系および液体燃料ノズルなどの追設、並びにそれに伴う変更のみのわずかな改造を行うことによって液体燃料をガス燃料と同時に燃焼できるので、新規に開発する場合と比較して装置の開発費用および開発期間を短縮できる。また、液体燃料用ガスタービンを新設する場合と比べて設備費を大幅に節減できる。しかも、ガスタービンの起動および停止時には、ガス燃料だけを用いた通常運転とされるので、運転が容易でかつ安定する。 In addition, the existing gas turbine combustor for gas fuel is used to supply liquid fuel from a separate nozzle from the gas fuel, so the existing equipment gas supply system, gas fuel nozzle and gas fuel burner are used as they are or few Can be used in remodeling. Therefore, liquid fuel can be burned at the same time as gas fuel by adding a liquid fuel supply system and a liquid fuel nozzle, etc., and making slight modifications only with the accompanying changes. Development cost and development period can be shortened. In addition, the facility cost can be greatly reduced as compared with the case of newly installing a gas turbine for liquid fuel. In addition, since the normal operation using only the gas fuel is performed when the gas turbine is started and stopped, the operation is easy and stable.
また、アルコール系燃料を用いる請求項2記載の発明によると、アルコール系燃料は比較的低温で気化するため、燃焼器に供給される燃料ガスの温度によって確実に気化させて希薄予混合燃焼を実現することができる。これによりガスタービン燃焼器において使用でき燃料の多様化を実現できる。
In addition, according to the invention of
また、植物由来のバイオエタノールを液体燃料として用いる請求項3記載の発明によると、固体バイオマス燃料と比べて収集効率および輸送効率が高いので、バイオマス燃料を使う際の重大な障害であった燃料の安定供給の実現を可能とすると共に運転コストを低廉なものとできる。しかも、植物由来の液体燃料は、灰やスラグの原因となる無機成分、ダイオキシンの原因となる塩素、タービンなどの材料の腐食の原因となるナトリウムやカリウム、およびスモークや輝炎の原因となる芳香族炭化水素や環状炭化水素などを含まないので、それらに起因する問題を一切なくすことができる。つまり、灰、スラグ、ダイオキシンを排出せず、タービンなどの材料の寿命延伸を図れる。さらに、液体燃料としてそのまま使用されるため、高温で燃料をガス化する必要もなければ、タールの発生もタールの除去のための純水も必要としない。しかも、バイオマス燃料なので燃焼時に排出されるCO2は元々大気中のCO2に起因するものであり、新たなCO2の発生に繋がらず、CO2の排出削減に大きく寄与できる。依って、天然ガス用ガスタービン燃焼器において天然ガスのみを燃焼させるときよりも、CO2の排出削減に大きく寄与でき、NOx並びにスモークの排出量の増加も対処可能な範囲の僅かな量に抑えることができる。さらに、液体燃料としてエタノールを用いると、ガスタービン燃焼器に供給するために圧縮された後の燃料ガスの温度で完全に気化が可能であることから、燃料ガスを加熱するための手段などを特に必要とせず、ガスタービン燃焼器設備への追加設備を少なくすることができる。
Further, according bioethanol plant-derived inventions of
また、請求項4記載の発明によると、廃プラスチック、褐炭、超重質油などの低品位燃料を原料として合成するジメチルエーテルを液体燃料として用いても、ボイラー蒸気タービン発電と比べて、ガスタービン複合発電のエネルギー効率は高いので、燃料消費量を低減できることから、CO2の生成量も低減できる。LPG、工業用アルコールを液体燃料として用いる場合についても同様である。しかも、従来利用価値が低かった褐炭や超重質油、費用をかけて廃棄せざるを得なかった廃プラスチックなどを有効利用できると共に、既存のガスタービン設備を用いて天然ガスなどのガス燃料との混焼を可能とするので、燃料の多様化を実現できる。さらに、バイオマスを原料として製造したジメチルエーテルを用いると、大きなCO2削減効果が得られる。
According to the invention described in
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1に、本発明のガスタービン燃焼器を用いた発電システムの一実施形態を示す。この実施形態のガスタービン発電システムは、主燃料として天然ガスを用いるものであり、天然ガス用ガスタービン燃焼器24、該天然ガス用ガスタービン燃焼器24から供給される燃焼ガスで駆動されるタービン13と、天然ガス用ガスタービン燃焼器24に圧縮空気を供給する空気圧縮機12と、空気圧縮機12並びにタービン13と同軸に配置されている発電機11と、起動時に発電機11をモータとして駆動するための切替器14とを備え、燃焼器24で生成した燃焼ガスをタービン13に供給して発電機11を回し、電力を発生させるようにしている。なお、図示していないが、空気圧縮機12とタービン13との間の連結シャフトにはクラッチが備えられ、必要に応じて断続できる構造となっている。尚、主燃料となるガス燃料としては、上述の天然ガスに特に限定されるものではなく、それ以外のガス燃料を用いることも可能である。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a power generation system using the gas turbine combustor of the present invention. The gas turbine power generation system of this embodiment uses natural gas as a main fuel, and a
ガスタービン燃焼器10は、燃焼室26を形成する内筒7と、この内筒7の入り口で希薄予混合気を形成して燃焼室26内へ供給するための予混合ノズル5と、該予混合ノズル5並びに内筒7の周りを覆うハウジングとしての外筒6とを有し、内筒7と外筒6との間に圧縮機12から供給される圧縮空気・燃焼用空気を内筒7の周囲並びに予混合ノズル5へと案内する空気通路25を形成している。
The
本実施形態の予混合ノズル5は、予混合室27を形成する円筒状のノズル本体28内に、スワーラ4と液体燃料ノズル10と天然ガスノズル3を備え、液体燃料および天然ガスを空気と混合した予混合気を内筒7の燃焼室26に供給可能としている。液体燃料ノズル10は、液体燃料配管16を介して液体燃料タンク8と接続され、負荷運転あるいはそれ以上の運転条件において、予混合ノズルに供給される燃焼用空気の温度あるいはそれよりも低い温度で完全に気化しかつ燃焼用空気の流量に対して可燃限界下限値未満の濃度となる量の液体燃料を従たる燃料として予混合室27内に噴射するように設けられている。液体燃料ノズル10の噴射口の設置位置、即ち液体燃料の噴射位置は天然ガスの噴射口より上流に設定され、スワーラ4を介して予混合室27内に流入する燃焼用空気の流れの中に天然ガスよりも先に噴射されるように設けられている。また、天然ガスノズル3は、天然ガス配管15を介して天然ガスタンク1と接続され、天然ガスを主たる燃料として予混合室27内に噴射するように設けられている。したがって、スワーラ4によって旋回流として予混合室27内へ流入する燃焼用空気は、まず液体燃料の噴流と衝突し、液体燃料を気化させながら気化した液体燃料と混合され、次いで天然ガスの噴流と衝突して天然ガスと混合される。そして、気化した液体燃料と天然ガスと燃焼用空気との混合気を予混合ノズル5から燃焼室26内に供給するようにしている。尚、図中の符号2,9は流量調節弁である。
The
液体燃料としては、予混合ノズル5に供給される燃焼用空気の温度あるいはそれよりも低い温度で気化する液体燃料であれば使用可能であり、アルコール系燃料、より好ましくは植物由来のアルコール系燃料、さらに好ましくはバイオエタノールの使用である。さらに、液体燃料としては、LPGまたはDMEなどの液化燃料の使用も可能であり、特にガスタービン燃焼器のCO2排出量を削減するための液体燃料としては、バイオマス燃料から生成されるジメチルエーテルの使用が好ましい。さらに、アルコール系燃料としては、工業用アルコール、燃料アルコール、バージンアルコール系燃料などが使用可能である。
As the liquid fuel, any liquid fuel can be used as long as it is vaporized at the temperature of combustion air supplied to the
ここで、液体燃料の一部が液体燃料供給系統18の配管16内で気化すると、予混合室27に開口する液体燃料ノズル10の噴射口での差圧が変動し、噴霧が不安定になり、燃料流量も変動を生じ、安定に運転できなくなる虞がある。このため、配管16内では液体の状態を保つことが好ましい。そこで、液体燃料は、気化しない温度、通常は液体燃料供給系統18の液体燃料タンク8から液体燃料を加温せずに加圧した状態で配管16を通して液体燃料ノズル10に供給するようにしている。液体燃料は液状で液体燃料ノズル10から噴射されるのであれば、特に冷却する必要はなく、積極的に加温せずに供給するだけで十分である。しかし、液体燃料の気化温度が燃焼用空気となる圧縮空気の温度よりも遙かに低い場合には、配管5を二重管にして外側に冷却用の空気や水などの流体を循環させて配管5内で気化しないようにすることが好ましい。尚、図示していないが、液体燃料供給系統18および天然ガス供給系統17には温度センサーが設置されており、燃料温度が監視される。
Here, when a part of the liquid fuel is vaporized in the
ガスタービンには、通常3MPa以上の圧力で燃料が供給される。このため、大気圧では気体の状態でも、ガスタービンに供給する際には液体になる燃料がある。このような燃料の代表としてジメチルエーテルがある。図6にエタノール、メタノール、ジメチルエーテルの蒸気圧を示す。例えば負荷運転以上の条件で、1〜2MPaの燃焼器内圧力かつ燃焼器入口温度が300〜400℃で運転されるガスタービンの場合、メタノールは約160℃以下、エタノールは約180℃以下、ジメチルエーテルは約70℃以下で気化するので、これらの燃料は燃焼用空気の温度未満で完全に気化する。なお、例えば燃料を5MPaでガスタービンに供給する場合、液体の状態で燃料を噴霧するためには、メタノールは約210℃以下、エタノールは約220℃以下、ジメチルエーテルは約120℃以下に保持する必要がある。 Fuel is usually supplied to the gas turbine at a pressure of 3 MPa or more. For this reason, there are fuels that become liquid when supplied to the gas turbine, even in a gaseous state at atmospheric pressure. A typical example of such a fuel is dimethyl ether. FIG. 6 shows the vapor pressures of ethanol, methanol, and dimethyl ether. For example, in the case of a gas turbine operated under a load operation or higher and a combustor pressure of 1 to 2 MPa and a combustor inlet temperature of 300 to 400 ° C., methanol is about 160 ° C. or less, ethanol is about 180 ° C. or less, dimethyl ether Vaporizes below about 70 ° C., so these fuels are completely vaporized below the temperature of the combustion air. For example, when supplying fuel to a gas turbine at 5 MPa, in order to spray the fuel in a liquid state, it is necessary to maintain methanol at about 210 ° C. or lower, ethanol at about 220 ° C. or lower, and dimethyl ether at about 120 ° C. or lower. There is.
表1にメタノール、エタノール、ジメチルエーテルの可燃限界下限値を示す。さらに、図7に、燃焼器入口温度を400℃、燃焼器出口温度を1500℃で運転し、液体燃料と天然ガスの重量比率を0.3まで変化させた場合の、予混合ノズル5内の燃焼用空気と気化した液体燃料の予混合気の燃料濃度を示す。なお、この予混合気は液体燃料ノズル10の下流かつ天然ガスノズル3の上流の予混合気であり、天然ガスは混入していない。これらの図より、液体燃料と天然ガスの重量比率が0.2以下であれば、3種類の燃料全てにおいて、予混合気の燃料濃度は可燃限界下限値の10分の1以下となり、予混合気が予混合ノズル5内で燃焼する恐れは極めて低くなる。次に、万一液体燃料が予混合ノズル5内で着火した場合の燃焼ガスの平均温度、即ち天然ガスノズル入口の燃焼ガス温度を図8に示す。液体燃料と天然ガスの重量比率が0.2の場合、3種類の燃料全てにおいて、天然ガスノズル入口の燃焼ガス温度は十分低い約530℃以下となり、たとえ万一液体燃料が予混合ノズル内で着火しても、燃焼器材料の損傷や天然ガスの予混合ノズル内での着火を引き起こす恐れが無い。
Table 1 shows the lower flammability limit values of methanol, ethanol, and dimethyl ether. Further, FIG. 7 shows the operation of the
以上のように構成されたガスタービン燃焼器並びにそれを利用したガスタービン発電システムによると、燃料ガスに液体燃料を混合しても完全な希薄予混合燃焼が成立する。 According to the gas turbine combustor configured as described above and the gas turbine power generation system using the gas turbine combustor, complete lean premixed combustion is established even when liquid fuel is mixed with fuel gas.
本ガスタービンの運転方法は、負荷運転以上の運転条件においてのみ液体燃料の供給を行い、ガスタービン燃焼器の起動および停止は通常の天然ガス用ガスタービン燃焼器と同じ方法で天然ガスのみを燃焼させることで実施される。例えば、まず発電機11をモータとして駆動して空気圧縮機12を回し、予混合ノズル5および燃焼室26に空気を供給する。次に、天然ガスを天然ガスノズル3から予混合ノズル5内に噴射して、スワーラ4によって燃焼用空気と混合した後、予混合ノズル5から燃焼室26内に予混合気を供給し、燃焼室26内で燃焼させる。この燃焼ガスをタービン13に供給してタービン13を回転させ、同軸の空気圧縮機12を回転させる。その結果、起動、停止時に、液体燃料の追加による特別な配慮が不要となり、起動、停止時の制御が容易になる。
In this gas turbine operation method, liquid fuel is supplied only under operating conditions that are higher than the load operation, and the gas turbine combustor is started and stopped by burning only natural gas in the same way as a normal gas turbine combustor for natural gas. It is carried out by letting. For example, the
負荷運転以上の運転条件で天然ガスの供給が開始される。液体燃料タンク8から従たる燃料として液体燃料が液体燃料ノズル10に供給されて、予混合ノズル5の予混合室27内に噴射され旋回流となって流れる燃焼用空気と混合される。このとき、燃焼用空気は圧縮熱によって温度が上昇しているため、その中に噴射された液体燃料は燃焼用空気の温度により完全に気化する。そして、液体燃料の全部が蒸発し、燃焼用空気と完全に混合して斑のない均一状態の完全なガス状の混合燃料として下流へと供給される。さらに、この気化した液体燃料と燃焼用空気との混合気はさらに予混合ノズル5の予混合室27内で液体燃料よりも下流側で噴射される天然ガスと混合して希薄予混合気となって燃焼室26内に噴射される。そして、天然ガスだけの場合と変わらない状態の希薄予混合燃焼を実現する。
Supply of natural gas is started under operating conditions that exceed the load operation. Liquid fuel is supplied from the
このとき、気化した液体燃料と天然ガスとを混合した希薄予混合気は、天然ガスの予混合気と同じ状態であるため、予混合ノズル5以降の天然ガス用燃焼器の構造をそのまま利用して燃焼させることが可能になることから、天然ガスに匹敵する低NOx燃焼が可能になる。その結果、液体燃料専焼の燃焼器と比べて著しいNOx低減効果が得られる。また、燃料供給系、および燃料ノズルなどの燃料供給構造の変更のみで、従来の天然ガス用燃焼器本体の構造はそのまま適用できるので、燃焼器の開発費用および開発期間の短縮が可能になる。さらに、液体燃料を気化して燃焼用空気と均一に混合した後、天然ガスと混合するため、液体燃料が空気と混合する部分の燃料濃度が十分薄く、予混合ノズル内で着火する恐れが少なく安全であると共に、液体燃料が完全に気化し、かつ空気と十分混合できるため、燃焼器内に噴射される予混合気の均一性が高く、著しいNOx低減効果が得られる。
At this time, since the lean premixed gas obtained by mixing the vaporized liquid fuel and the natural gas is in the same state as the premixed gas of natural gas, the structure of the combustor for natural gas after the
図2に予混合ノズルの第2の実施形態を示す。この実施形態の予混合ノズル5は、天然ガスノズル3と液体燃料ノズル10とを同心状に配置した二重管構造のノズル29をノズル本体28の中央に配備すると共に、ノズル本体28の入り口にスワーラ4を備えてノズル29の周りに燃焼用空気の旋回流を形成するように設けられている。ノズル29は、内側に天然ガスノズル3を、その外側に液体燃料ノズル10を配置し、液体燃料ノズル10を兼ねる外管の周面に形成された液体燃料噴射口21及び天然ガス噴射口20から燃焼用空気の流れと直交する方向に各燃料を噴射するように設けられている。液体燃料噴射口21は燃焼用空気の流れに関して天然ガス噴射口20の上流側に配置されている。そして、天然ガスノズル3と液体燃料ノズル10との間でかつ液体燃料噴射口21と天然ガス噴射口20との間に配置された封止ブロック30によって、液体燃料ノズル10が閉塞されて天然ガス噴射口20からは天然ガスのみが噴射される。尚、ノズル29の先端は円錐形ブロック31で封止されている。このような燃焼器は、中心軸に天然ガスノズルを設けた一般的な天然ガス用予混合燃焼器の天然ガスノズルの代わりに上述のノズル29を配置することによって容易に改造できる。なお、液体燃料噴射口21は、小口径の噴射口を多数設けても良いし、一般的な圧力スワール噴霧方式を用いても良い。また、液体燃料ノズル10内の液体燃料は燃焼空気からの伝熱によって加熱される。したがって、安定な燃料噴射状態を保つためには、噴霧されるまでノズル内で液体燃料が液状を保持することが必要である。そこで、燃料の特性に基づき、適切な冷却構造を採用したり、温度上昇を抑制するために必要な伝熱面積、燃料圧力、滞留時間を設定する必要がある。
FIG. 2 shows a second embodiment of the premixing nozzle. In the
以上のように構成されたガスタービン燃焼器によっても液体燃料を用いた完全な希薄予混合燃焼を実現できる。即ち、予混合ノズル5の入口に配置したスワーラ4で旋回させられて予混合室27内に導入される燃焼用空気の流れの中に液体燃料が液体燃料噴射口21から噴射される。液体燃料はスワーラ4の効果により燃焼用空気と混合すると共に燃焼用空気からの熱によって完全に気化して予混合気を形成する。その予混合気に、液体燃料噴射口21の下流に配置された天然ガス噴射口20から天然ガスが噴射される。天然ガスはスワーラ4の効果によって予混合気とさらに混合され、気化した液体燃料と天然ガスと燃焼用空気の均一な予混合気として燃焼室26内に噴射され、低NOx希薄予混合燃焼を行う。
The gas turbine combustor configured as described above can also realize complete lean premixed combustion using liquid fuel. That is, liquid fuel is injected from the liquid
図3に予混合ノズルの第3の実施形態を示す。この実施形態の予混合ノズルは、図2の天然ガスノズル3と液体燃料ノズル10で構成されたノズル29のさらに外側に冷却用の空気を流すノズル外管22を設けた三重管構造として、液体燃料ノズル10の外周を空気で冷却して液体燃料の温度を制御することにより、液体燃料のノズル内での気化を防止するものである。ここで、液体燃料噴射口21及び天然ガス噴射口20はノズル外管22の周面に形成され、液体燃料噴射口21からは液体燃料と液体ノズル10を冷却した後の空気とが噴射される。また、天然ガスノズル3とノズル外管22との間でかつ液体燃料噴射口21と天然ガス噴射口20との間に配置された封止ブロック30’によって、液体燃料ノズル10とノズル外管22とが閉塞されて天然ガス噴射口20からは天然ガスのみが噴射される。また、ノズル29の先端は円錐形ブロック31’で封止されている。なお、液体燃料噴射口21は、冷却空気を利用した、一般的な気流微粒化噴霧方式を用いても良い。
FIG. 3 shows a third embodiment of the premixing nozzle. The premixing nozzle of this embodiment has a triple-pipe structure in which a nozzle
図4に予混合ノズルの第4の実施形態を示す。この実施形態の予混合ノズル5は、予混合室27を形成する円筒状のノズル本体28の中心に天然ガスノズル3を設けた一般的な天然ガス用予混合燃焼器において、ノズル本体28の周面で、スワーラ4の下流かつ天然ガス噴射口20の上流に液体燃料噴射口21を配置したものである。尚、液体燃料ノズル10は、図示してないが図3に示すようにノズル外管で覆い、液体燃料ノズル10を空気で冷却する構造としても良い。また、液体燃料噴射口21は、一般的な圧力スワール噴霧方式を用いても良いし、一般的な気流微粒化噴霧方式を用いても良い。図中符号19は燃焼室を仕切る壁である。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the premixing nozzle. The
図5に予混合ノズルの第5の実施形態を示す。この実施形態の燃焼器は、燃焼室26を形成する内筒7の頂部の中心軸に起動および保炎用の非予混合バーナー32を配置すると共に、該非予混合バーナ32よりも下流の内筒7の外周に予混合ノズル5を配置して希薄予混合気を噴射するようにしている。非予混合バーナ32は、天然ガスの一部を中心軸に沿って噴射する天然ガスノズル3’と、その周りから燃焼用空気を旋回させて燃焼室26内に導入するスワーラ4’とで構成されている。また、予混合ノズル5は、スワーラ4、液体燃料ノズル10、天然ガスノズル3の順に備え、旋回しながら流れる燃焼用空気に液体燃料が注入されて混合気が形成され、さらにこの混合気に天然ガスが注入されて予混合気として内筒7の周面から内方へ向けて噴射するように設けられている。即ち、液体燃料噴射口21は、スワーラ4の下流かつ天然ガス噴射口20の上流に配置されている。尚、液体燃料ノズル10は、図示してないが図3に示すようにノズル外管で覆い、液体燃料ノズル10を空気で冷却する構造としても良い。また、液体燃料噴射口21は、一般的な圧力スワール噴霧方式を用いても良いし、一般的な気流微粒化噴霧方式を用いても良い。
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the premixing nozzle. In the combustor of this embodiment, a
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、ガスタービン燃焼器のCO2削減という観点から、主にバイオエタノール、バイオ燃料から製造されるジメチルエーテルを液体燃料として用いる場合について主に説明しているが、使用できる液体燃料がこれらに限られるというものではなく、予混合ノズルに供給される燃焼用空気の温度あるいはそれよりも低い温度で完全に気化する液体燃料であれば本発明のガスタービン燃焼器並びにその運転方法において使用可能であることはいうまでもない。アルコール系燃料やLPG、または廃プラスチック、褐炭、超重質油などの低品位燃料を原料として合成するジメチルエーテルなどを液体燃料として用いても良い。特に、資源量は豊富にあるものの利用が進んでいない褐炭、オイルサンド、オイルシェールなどをメタノールやジメチルエーテルに変換して本ガスタービンで燃焼することにより、それらの資源を高効率でクリーンに利用することができる。廃プラスチック、褐炭、超重質油などの低品位燃料を原料として合成するジメチルエーテルを液体燃料として用い天然ガスと混焼させることにより、それらをボイラーなどで利用するより高いエネルギー効率で有効利用を図れる。そして、ボイラー蒸気タービン発電と比べて、ガスタービン複合発電のエネルギー効率は高く、燃料消費量を低減できる結果、CO2の生成量も低減できる。これは、LPGや工業用アルコールなどを液体燃料として用いる場合も同様に、ボイラー蒸気タービン発電で使用する場合と比較すると、ガスタービン複合発電で使用した方がCO2生成量を低減できる。また、バイオマスを原料として製造したジメチルエーテルを用いる場合には、さらにバイオマス燃料の使用に伴うCO2削減効果が付加されて、大きなCO2削減効果が得られる。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, from the viewpoint of reducing CO 2 in the gas turbine combustor, the case where dimethyl ether mainly produced from bioethanol or biofuel is used as the liquid fuel is mainly described. The gas turbine combustor of the present invention and the method of operating the same are not limited to these, as long as it is a liquid fuel that is completely vaporized at the temperature of combustion air supplied to the premixing nozzle or at a temperature lower than that It goes without saying that it can be used in Alcohol-based fuel, LPG, or dimethyl ether synthesized from low-grade fuel such as waste plastic, lignite, or super heavy oil may be used as the liquid fuel. In particular, by converting lignite, oil sand, oil shale, etc., which have abundant resources but are not yet used, to methanol and dimethyl ether and burn them in this gas turbine, these resources can be used efficiently and cleanly. be able to. By using dimethyl ether, which is synthesized from low-grade fuel such as waste plastic, lignite and super heavy oil, as a liquid fuel and co-firing with natural gas, it can be used more efficiently with higher energy efficiency than that used in boilers. And compared with boiler steam turbine power generation, the energy efficiency of gas turbine combined power generation is high, and as a result of reducing fuel consumption, the amount of CO 2 produced can also be reduced. Similarly, when LPG, industrial alcohol, or the like is used as the liquid fuel, the amount of CO 2 produced can be reduced when used in the gas turbine combined power generation as compared with the case where it is used in the boiler steam turbine power generation. In addition, when dimethyl ether produced using biomass as a raw material is used, a CO 2 reduction effect associated with the use of biomass fuel is further added, and a large CO 2 reduction effect is obtained.
また、上述の実施形態においては液体燃料と燃焼用空気との混合を確実かつ速やかに行う上で液体燃料を燃焼用空気と混合する手段としてのスワーラ4の存在は好ましいのであるが、予混合室27に導入される燃焼用空気と液体燃料との混合が均一かつ十分に行われる条件が設定できるのであれば、スワーラ4は必要ない場合もある。
Further, in the above-described embodiment, the
また、液体燃料によってはその供給を停止した場合に、液体燃料供給系統16内に残留した液体燃料が流動しなくなる恐れがある。そこで、このような液体燃料を用いる場合のガスタービンエンジンでは、液体燃料供給系16をパージする機構を付加することによって、液体燃料の供給停止時などに、パージガスで配管中に残留する液体燃料を予混合ノズル5へ押し出して残留液体燃料による配管の詰まりなどの問題を解消することが望まれる。パージガスとしては蒸気や窒素などの不活性ガスが好ましい。パージガス例えば蒸気や窒素などを運転停止時に燃料供給系統を通して燃料ノズルに噴射して、燃料供給系統並びに燃料ノズルに残留する液体燃料を一掃することにより、不慮の閉塞などを防止できる。
Further, depending on the liquid fuel, when the supply is stopped, the liquid fuel remaining in the liquid
3 ガス燃料ノズル
4 スワーラ
5 予混合ノズル
6 外筒
7 内筒
8 液体燃料タンク
10 液体燃料ノズル
20 ガス燃料噴射口
21 液体燃料噴射口
24 燃焼器
26 燃焼室
27 予混合室
3
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006311092A JP4939179B2 (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Gas turbine combustor and operation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006311092A JP4939179B2 (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Gas turbine combustor and operation method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008128509A JP2008128509A (en) | 2008-06-05 |
JP4939179B2 true JP4939179B2 (en) | 2012-05-23 |
Family
ID=39554519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006311092A Expired - Fee Related JP4939179B2 (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Gas turbine combustor and operation method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4939179B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105509045A (en) * | 2016-01-21 | 2016-04-20 | 福建大为能源有限公司 | Alcohol-based liquid fuel dual-phase self-atomization industrial combustor |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009046273A1 (en) * | 2009-11-02 | 2011-05-05 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic unit and braking system for a motor vehicle |
US8955329B2 (en) * | 2011-10-21 | 2015-02-17 | General Electric Company | Diffusion nozzles for low-oxygen fuel nozzle assembly and method |
JP5618337B2 (en) * | 2012-02-28 | 2014-11-05 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Gas turbine combustor |
JP6191918B2 (en) * | 2014-03-20 | 2017-09-06 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Nozzle, burner, combustor, gas turbine, gas turbine system |
KR102030739B1 (en) * | 2017-10-23 | 2019-10-10 | 두산중공업 주식회사 | Combusting system of hydrogen enriched fuel for a gas turbine |
CN112460633A (en) * | 2020-10-27 | 2021-03-09 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | Gas fuel and air mixing method for combustion chamber of gas turbine |
CN114508769B (en) * | 2022-03-15 | 2022-11-25 | 浙江大学 | Ignition mechanism research device of inclined-jet non-premixed annular combustion chamber |
CN115977803B (en) * | 2023-03-15 | 2023-06-09 | 成都流体动力创新中心 | Backflow-preventing injector capable of realizing multiple injection angles |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06341330A (en) * | 1993-05-31 | 1994-12-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for controlling fuel of gas turbine |
JP2002213746A (en) * | 2001-01-19 | 2002-07-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Burner, premix fuel nozzle of combustor, and an combustor |
JP3872960B2 (en) * | 2001-02-28 | 2007-01-24 | 株式会社日立製作所 | Gas turbine combustor |
JP2004132297A (en) * | 2002-10-11 | 2004-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Intake air cooling device, intake air cooling method, and gas turbine plant |
-
2006
- 2006-11-17 JP JP2006311092A patent/JP4939179B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105509045A (en) * | 2016-01-21 | 2016-04-20 | 福建大为能源有限公司 | Alcohol-based liquid fuel dual-phase self-atomization industrial combustor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008128509A (en) | 2008-06-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Anufriev | Review of water/steam addition in liquid-fuel combustion systems for NOx reduction: Waste-to-energy trends | |
JP4939179B2 (en) | Gas turbine combustor and operation method thereof | |
JP4963406B2 (en) | Gas turbine combustor and operation method thereof | |
RU2457397C2 (en) | Mixer of fuel with air for combustion chambers | |
CN101713546B (en) | Low-pollution combustor for various fuels | |
RU2471082C2 (en) | Operation control system of gas turbine engine, and thermal power plant containing such system | |
JP2008096099A (en) | Method and apparatus for reducing gas turbine engine emission | |
US8215949B2 (en) | Combustion stabilization systems | |
JP2010133339A (en) | Operating method of gas turbine and gas turbine combustor | |
JP2014202465A (en) | Combustor | |
JP2008014203A (en) | Gas turbine engine | |
Asai et al. | Development of a state-of-the-art Dry Low NOx gas turbine combustor for IGCC with CCS | |
CN102519037A (en) | Plasma oil-free ignition combustor | |
KR20100103925A (en) | Combustion device using brown's gas for promoting combustion of the fuel gas and method for the same | |
EP2076714B1 (en) | Energy release/conversion device | |
JP2007285122A (en) | Gas turbine engine | |
JP2015034649A (en) | Gas turbine combustor | |
JP6057775B2 (en) | Gas turbine plant and control method thereof | |
JP2014105634A (en) | Gas turbine combustor, and control method of gas turbine combustor | |
KR101557991B1 (en) | Combustion device using Brown's gas for promoting combustion of the fuel gas and method for the same | |
Schopf et al. | Thermal utilisation of vinasse as alternative fuel. | |
TWI826962B (en) | An arrangement for combusting purge gas and a method thereof | |
Asai et al. | Performance of Multiple-Injection Dry Low-NOx Combustor on Hydrogen-Rich Syngas Fuel in an IGCC Pilot Plant | |
JP2001065804A (en) | Repowering apparatus and repowering method for boiler | |
KR101948304B1 (en) | Converging fuel burning system using water and oil as fuel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091009 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110622 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110712 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110831 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120221 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120224 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4939179 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |