JP5507504B2 - Gas turbine combustor - Google Patents

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Description

本発明は、液体燃料および気体燃料の両方に対応するガスタービン燃焼器に関する。   The present invention relates to a gas turbine combustor that supports both liquid and gaseous fuels.

電力自由化に伴い近年の発電事業では、従来の大容量の大型発電所に加え中小容量の分散電源が普及しつつある。中小容量の発電設備には燃料の供給が比較的容易な液体燃料を使用する場合が多く、それに加えて、温室効果ガス排出削減のために天然ガスやバイオ燃料など多様な燃料を使用するニーズが増えている。このような背景を受け、液体燃料,気体燃料の何れにも対応可能なデュアル燃料対応燃焼器を適用するガスタービン発電設備が望まれている。   Along with the liberalization of electric power, in the recent power generation business, in addition to the conventional large-capacity large power plants, small and medium-capacity distributed power sources are becoming popular. Small and medium-capacity power generation facilities often use liquid fuels that are relatively easy to supply, and in addition, there is a need to use various fuels such as natural gas and biofuels to reduce greenhouse gas emissions. is increasing. In response to such a background, there is a demand for a gas turbine power generation facility to which a dual fuel compatible combustor that can handle both liquid fuel and gaseous fuel is applied.

地球環境保護の観点からガスタービン燃焼器の排出ガスに対するNOx等の環境規制は厳しさを増しており、その一手段として、燃料を空気と予め混合してから燃焼する予蒸発予混合燃焼方式がある。その一例として、特許文献1には、混合室の略軸中心に液体燃料ノズルが配置され、液体燃料ノズルの外周に混合室を設け、その混合室壁に複数列の円筒状の空気孔を設けたガスタービン燃焼器が開示されている。上記構造のガスタービン燃焼器では、液体燃料ノズルから噴射された液体燃料を蒸発させて空気と均一に混合させる予蒸発予混合燃焼をすることでNOx排出量の低減を狙っている。   From the viewpoint of protecting the global environment, environmental regulations such as NOx for exhaust gas from gas turbine combustors are becoming stricter. As one means, there is a pre-evaporation premixed combustion method in which fuel is premixed with air and then burned. is there. As an example, Patent Document 1 discloses that a liquid fuel nozzle is disposed substantially at the center of the mixing chamber, a mixing chamber is provided on the outer periphery of the liquid fuel nozzle, and a plurality of rows of cylindrical air holes are provided on the mixing chamber wall. A gas turbine combustor is disclosed. In the gas turbine combustor having the above-described structure, the NOx emission amount is reduced by performing pre-evaporation premixed combustion in which the liquid fuel injected from the liquid fuel nozzle is evaporated and uniformly mixed with air.

特開2010−60281号公報JP 2010-60281 A

液体燃料の中ではA重油等の安価な燃料を使用したいというニーズが増加している。残渣油などの高沸点成分が含まれる安価な燃料の燃焼では、ばい煙やNOxの排出量が増加しやすい傾向にある。また、前述のデュアル燃料対応燃焼器のような構造をもつ燃焼器において、液体燃料ノズルから噴射された液体燃料が混合室の壁面に付着すると、付着した液体燃料は熱分解で未燃分カーボンとなって堆積する。未燃分カーボンが混合室に形成した空気孔を閉塞して空気流量を低下させると、液体燃料の微粒化特性が悪化し、NOx排出量を増大させる可能性がある。   Among liquid fuels, there is an increasing need to use inexpensive fuels such as A heavy oil. In the combustion of an inexpensive fuel containing a high-boiling component such as residual oil, soot and NOx emissions tend to increase. Further, in the combustor having a structure like the above-described dual fuel compatible combustor, when the liquid fuel injected from the liquid fuel nozzle adheres to the wall surface of the mixing chamber, the adhering liquid fuel is pyrolyzed and unburned carbon. Become deposited. If the air holes formed by the unburned carbon in the mixing chamber are blocked to reduce the air flow rate, the atomization characteristics of the liquid fuel are deteriorated, and the NOx emission amount may be increased.

本発明は混合室への未燃分カーボンの堆積による、NOx排出量の増大を防止しつつ、さらにNOx排出量を低減す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 that further reduces NOx emissions while preventing an increase in NOx emissions due to accumulation of unburned carbon in the mixing chamber.

上記課題を解決するために、本発明は、空気と燃料とを混合する混合室と、該混合室に液体燃料を噴出する液体燃料ノズルと、該液体燃料ノズルの外周側に配置され、空気を噴出する筒状の空気孔とを有し、該空気孔の壁面に、該空気孔内へ気体燃料を供給する気体燃料噴孔とを備えたガスタービン燃焼器であって、該気体燃料噴孔へ水を供給する系統を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a mixing chamber that mixes air and fuel, a liquid fuel nozzle that ejects liquid fuel into the mixing chamber, and an outer peripheral side of the liquid fuel nozzle. A gas turbine combustor having a cylindrical air hole to be ejected, and a gas fuel injection hole for supplying gaseous fuel into the air hole on a wall surface of the air hole, the gas fuel injection hole It has the system which supplies water to water.

本発明によれば、混合室への未燃分カーボンの堆積による、NOx排出量の増大を防止しつつ、さらにNOx排出量を低減するガスタービン燃焼器を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a gas turbine combustor that further reduces NOx emission while preventing an increase in NOx emission due to accumulation of unburned carbon in the mixing chamber.

実施例1におけるガスタービン燃焼器の構成を示す断面図及びガスタービン発電プラントの全体構成を概略的に示す概略構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing which shows the structure of the gas turbine combustor in Example 1, and the schematic block diagram which shows schematically the whole structure of a gas turbine power plant. 実施例1の予混合燃焼バーナの詳細構造を表す断面を示した図。The figure which showed the cross section showing the detailed structure of the pre-mixing combustion burner of Example 1. FIG. 実施例1の予混合燃焼バーナに設けた空気孔の詳細構造を表す断面を示した図。The figure which showed the cross section showing the detailed structure of the air hole provided in the premixed combustion burner of Example 1. FIG. 実施例2におけるガスタービン燃焼器の構成を示す断面図及びガスタービン発電プラントの全体構成を概略的に示す概略構成図。Sectional drawing which shows the structure of the gas turbine combustor in Example 2, and the schematic block diagram which shows schematically the whole structure of a gas turbine power plant. 実施例2の予混合燃焼バーナに設けた空気孔の詳細構造を表す断面を示した図。The figure which showed the cross section showing the detailed structure of the air hole provided in the premixed combustion burner of Example 2. FIG.

以下、本発明を用いたガスタービン燃焼器の実施例について、図面を参照して説明する。   Embodiments of a gas turbine combustor using the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の実施形態の一例である液体燃料と気体燃料の両方を燃料として使用できるデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器について図1から図3により説明する。図1は、本実施例のガスタービン燃焼器の断面図を含んだガスタービンシステムの構成図である。図1により本実施例のガスタービンシステムの概略構成を説明する。   A dual-fuel compatible gas turbine combustor that can use both liquid fuel and gas fuel as an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a gas turbine system including a cross-sectional view of a gas turbine combustor according to the present embodiment. The schematic configuration of the gas turbine system of this embodiment will be described with reference to FIG.

本実施例に示すガスタービンシステムは、液体燃料および気体燃料をガスタービンの燃料とするガスタービン発電プラントの一部である。ガスタービン発電プラントは主として、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気300を生成する圧縮機1と、この圧縮機1から導入される燃焼用空気300と燃料とを混合して燃焼ガス400を生成するガスタービン燃焼器3と、このガスタービン燃焼器3で生成された燃焼ガス400を供給するタービン2と、このタービン2の回転によって駆動され発電を行う発電機4とを備えている。   The gas turbine system shown in this embodiment is a part of a gas turbine power plant that uses liquid fuel and gaseous fuel as fuel for the gas turbine. The gas turbine power plant mainly generates a combustion gas 400 by mixing the compressor 1 that compresses air to generate high-pressure combustion air 300, and the combustion air 300 introduced from the compressor 1 and fuel. A gas turbine combustor 3, a turbine 2 that supplies the combustion gas 400 generated by the gas turbine combustor 3, and a generator 4 that is driven by the rotation of the turbine 2 to generate electric power.

上記のガスタービン燃焼器3は、燃料として液体燃料100と気体燃料200の何れも燃焼可能なデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器である。ガスタービン燃焼器3では液体燃料100および気体燃料200と圧縮機1から供給される燃焼用空気300とを混合して、内筒7に形成された燃焼室6で燃焼させ高温の燃焼ガス400を生成させる。前記内筒7を内部に収容した外筒5と、この外筒5の端部を覆う閉止板9と、前記内筒7の下流側に接続して生成した高温の燃焼ガス400をタービン2に導くトランジションピース8とで密閉した圧力容器を構成しており、液体燃料100および気体燃料200を供給する液体燃料供給系統120,121と気体燃料供給系統220,221は前記閉止板9に接続される。   The gas turbine combustor 3 is a dual-fuel compatible gas turbine combustor capable of burning both the liquid fuel 100 and the gaseous fuel 200 as fuel. In the gas turbine combustor 3, the liquid fuel 100 and the gaseous fuel 200 and the combustion air 300 supplied from the compressor 1 are mixed and combusted in the combustion chamber 6 formed in the inner cylinder 7 to generate a high-temperature combustion gas 400. Generate. An outer cylinder 5 that houses the inner cylinder 7, a closing plate 9 that covers an end of the outer cylinder 5, and a high-temperature combustion gas 400 that is generated by connecting to the downstream side of the inner cylinder 7 are supplied to the turbine 2. A pressure vessel sealed with the leading transition piece 8 is formed, and the liquid fuel supply systems 120 and 121 for supplying the liquid fuel 100 and the gaseous fuel 200 and the gaseous fuel supply systems 220 and 221 are connected to the closing plate 9. .

前記ガスタービン燃焼器3に備えられた内筒7の上流側の軸中心位置には、液体燃料ノズル12を備えた燃焼安定性の良い拡散燃焼バーナ10が設置されており、この拡散燃焼バーナ10の周囲には予混合燃焼バーナ11が複数個配置されている。前記予混合燃焼バーナ11は燃料と空気とを予混合させる混合室11aを備え、希薄燃焼によりNOx排出量を低減できる。   A diffusion combustion burner 10 having a liquid fuel nozzle 12 and having good combustion stability is installed at the axial center position upstream of the inner cylinder 7 provided in the gas turbine combustor 3. A plurality of premixed combustion burners 11 are arranged around. The premixed combustion burner 11 includes a mixing chamber 11a that premixes fuel and air, and can reduce NOx emission by lean combustion.

ガスタービン燃焼器3に備えられた拡散燃焼バーナ10は、内側に混合室10aを形成する中空円錐形状の円錐プレート10bが設置された構造であり、この円錐プレート10bの壁面には燃焼用空気300に旋回成分を付与する複数個の空気孔15が同心円状に2列配設されている。前記拡散燃焼バーナ10の軸中心位置には、拡散燃焼用の液体燃料100を噴射する液体燃料ノズル12が配置されている。前記液体燃料ノズル12の外周には、拡散燃焼バーナ10の混合室10aに形成した各空気孔15の上流側に近接した位置に気体燃料200を噴出する気体燃料ノズル14が、同心円状に配置されている。前記各気体燃料ノズル14から噴射する気体燃料200は、円錐プレート10bに形成した空気孔15から燃焼用空気300と混合しながら混合室10aへ噴射される構造となっている。   The diffusion combustion burner 10 provided in the gas turbine combustor 3 has a structure in which a conical plate 10b having a hollow conical shape forming a mixing chamber 10a is installed on the inner side, and combustion air 300 is provided on the wall surface of the conical plate 10b. A plurality of air holes 15 for imparting a swirl component are concentrically arranged in two rows. A liquid fuel nozzle 12 that injects the liquid fuel 100 for diffusion combustion is disposed at the axial center position of the diffusion combustion burner 10. On the outer periphery of the liquid fuel nozzle 12, a gas fuel nozzle 14 for ejecting the gas fuel 200 is disposed concentrically at a position close to the upstream side of each air hole 15 formed in the mixing chamber 10 a of the diffusion combustion burner 10. ing. The gaseous fuel 200 injected from each of the gaseous fuel nozzles 14 is structured to be injected into the mixing chamber 10a through the air holes 15 formed in the conical plate 10b while being mixed with the combustion air 300.

ガスタービン燃焼器3に備えられた予混合燃焼バーナ11については後で詳述するため、ここでは簡単に説明する。予混合燃焼バーナ11の上流側の軸中心位置に液体燃料100を供給するための液体燃料ノズル13が設置されている。前記液体燃料ノズル13の下流側には、該液体燃料ノズル13から噴射された液体燃料100と予混合燃焼バーナ11の壁面に設けられた複数の空気孔16から流入する燃焼用空気300との混合を促進するとともに、液体燃料100を蒸発するための混合室11aを形成している。また、前記空気孔16の壁面には気体燃料200を空気孔16内へ噴出するための気体燃料噴孔17が設けられている。   Since the premixed combustion burner 11 provided in the gas turbine combustor 3 will be described in detail later, it will be briefly described here. A liquid fuel nozzle 13 for supplying the liquid fuel 100 is installed at the axial center position on the upstream side of the premixed combustion burner 11. On the downstream side of the liquid fuel nozzle 13, the liquid fuel 100 injected from the liquid fuel nozzle 13 and the combustion air 300 flowing in from a plurality of air holes 16 provided in the wall surface of the premixed combustion burner 11 are mixed. And a mixing chamber 11a for evaporating the liquid fuel 100 is formed. A gas fuel injection hole 17 for injecting the gaseous fuel 200 into the air hole 16 is provided on the wall surface of the air hole 16.

次に、本実施例のガスタービン燃焼器を備えたガスタービン発電プラントにおける燃料供給系統について説明する。   Next, a fuel supply system in a gas turbine power plant equipped with the gas turbine combustor of the present embodiment will be described.

ガスタービン燃焼器3に液体燃料100を供給するには、液体燃料タンク110に貯蔵された液体燃料100を加圧ポンプ101で昇圧し、圧力調節弁102で圧力を調節する。この圧力が調節された液体燃料100を液体燃料ノズル12,13に供給する液体燃料供給系統120,121には、液体燃料100の流量を調節する流量制御弁103,105と液体燃料100の供給を遮断する遮断弁104,106とが配設されている。   In order to supply the liquid fuel 100 to the gas turbine combustor 3, the pressure of the liquid fuel 100 stored in the liquid fuel tank 110 is increased by the pressurizing pump 101, and the pressure is adjusted by the pressure control valve 102. The liquid fuel supply systems 120 and 121 for supplying the liquid fuel 100 with the pressure adjusted to the liquid fuel nozzles 12 and 13 are supplied with flow control valves 103 and 105 for adjusting the flow rate of the liquid fuel 100 and the supply of the liquid fuel 100. Shut-off valves 104 and 106 for shutting off are provided.

一方、ガスタービン燃焼器3に気体燃料200を供給する場合には、液体状態で燃料タンク210に貯蔵され気化器211で気化した気体燃料200の圧力を減圧弁201で調節する。気体燃料ノズル14および気体燃料噴孔17に供給する燃料の流量を調節する流量制御弁202,204と気体燃料200の供給を遮断する遮断弁203,205を備えた気体燃料供給系統220,221を配設した構成にして、気体燃料200をガスタービン燃焼器3に供給するように構成している。   On the other hand, when the gaseous fuel 200 is supplied to the gas turbine combustor 3, the pressure of the gaseous fuel 200 stored in the fuel tank 210 in a liquid state and vaporized by the vaporizer 211 is adjusted by the pressure reducing valve 201. Gas fuel supply systems 220 and 221 having flow control valves 202 and 204 for adjusting the flow rate of fuel supplied to the gas fuel nozzle 14 and the gas fuel nozzle 17 and shutoff valves 203 and 205 for shutting off the supply of the gas fuel 200 are provided. In the arrangement, the gaseous fuel 200 is supplied to the gas turbine combustor 3.

上記に加えて、予混合燃焼バーナ11に設けた気体燃料噴孔17から水250を供給できるように水供給系統223を気体燃料供給系統221に接続している。水タンク260に貯蔵された水250は加圧ポンプ251で昇圧し圧力調節弁252で圧力を調節し、流量制御弁253で流量を調整し、水250の供給を遮断する遮断弁254を介して気体燃料供給系統221の遮断弁205の下流側から気体燃料噴孔17を通って予混合燃焼バーナ11に供給される。   In addition to the above, the water supply system 223 is connected to the gaseous fuel supply system 221 so that the water 250 can be supplied from the gaseous fuel injection hole 17 provided in the premixed combustion burner 11. The water 250 stored in the water tank 260 is boosted by the pressurizing pump 251, the pressure is adjusted by the pressure control valve 252, the flow rate is adjusted by the flow control valve 253, and the shutoff valve 254 that cuts off the supply of the water 250 is used. The gas fuel supply system 221 is supplied to the premixed combustion burner 11 through the gas fuel injection hole 17 from the downstream side of the shutoff valve 205.

なお、前記気体燃料供給系統221および前記水供給系統223には、気体燃料200または水250をガスタービン燃焼器3に供給している時に各供給系統へ気体燃料200あるいは水250が逆流することを防止するために遮断弁205および254の下流側にそれぞれ逆止弁206,256が設置されている。   The gaseous fuel supply system 221 and the water supply system 223 are configured such that when the gaseous fuel 200 or the water 250 is supplied to the gas turbine combustor 3, the gaseous fuel 200 or the water 250 flows back to the supply systems. In order to prevent this, check valves 206 and 256 are installed downstream of the shutoff valves 205 and 254, respectively.

次に、上記構成のガスタービン発電プラントに備えたガスタービン燃焼器の運転方法について説明する。ガスタービン発電プラントの運転者が液体燃料100を選択した場合は、液体燃料供給系統120から拡散燃焼バーナ10に、液体燃料供給系統121から予混合燃焼バーナ11に液体燃料100を供給する。一方、ガスタービン発電プラントの運転者が気体燃料200を選択した場合は気体燃料供給系統220から拡散燃焼バーナ10に、気体燃料供給系統221から予混合燃焼バーナ11に気体燃料200を供給する。   Next, an operation method of the gas turbine combustor provided in the gas turbine power plant configured as described above will be described. When the operator of the gas turbine power plant selects the liquid fuel 100, the liquid fuel 100 is supplied from the liquid fuel supply system 120 to the diffusion combustion burner 10, and from the liquid fuel supply system 121 to the premixed combustion burner 11. On the other hand, when the operator of the gas turbine power plant selects the gaseous fuel 200, the gaseous fuel 200 is supplied from the gaseous fuel supply system 220 to the diffusion combustion burner 10 and from the gaseous fuel supply system 221 to the premixed combustion burner 11.

燃料流量は、ガスタービンの負荷に応じて制御する構成となっており、ガスタービンを起動から昇速させて低負荷条件で運転する場合には液体燃料100又は気体燃料200を拡散燃焼バーナ10のみに供給して単独で運転させる。更に燃料流量が増加するガスタービンの高負荷条件では、拡散燃焼バーナ10に加えて、予混合燃焼バーナ11にも液体燃料100又は気体燃料200を供給する。   The fuel flow rate is configured to be controlled in accordance with the load of the gas turbine. When the gas turbine is accelerated from start-up and operated under a low load condition, the liquid fuel 100 or the gaseous fuel 200 is used only for the diffusion combustion burner 10. To be operated alone. Furthermore, in the high load condition of the gas turbine in which the fuel flow rate increases, the liquid fuel 100 or the gaseous fuel 200 is supplied to the premixed combustion burner 11 in addition to the diffusion combustion burner 10.

この拡散燃焼バーナ10と予混合燃焼バーナ11とを備えたガスタービン燃焼器3では、拡散燃焼と予混合燃焼の燃料流量の比率を制御して、低NOxと安定燃焼の両立を図るように前記ガスタービン燃焼器3を運用する。通常、拡散燃焼の割合を小さくするとNOx排出量を低減できる反面、燃焼不安定を引き起こす可能性が大きくなる。   In the gas turbine combustor 3 provided with the diffusion combustion burner 10 and the premixed combustion burner 11, the ratio of the fuel flow rate between the diffusion combustion and the premixed combustion is controlled so as to achieve both low NOx and stable combustion. The gas turbine combustor 3 is operated. Normally, if the rate of diffusion combustion is reduced, the amount of NOx emissions can be reduced, but the possibility of causing combustion instability increases.

次に、前記ガスタービン燃焼器に備えられた予混合燃焼バーナの構造について、図2を用いて詳細に説明する。図2はガスタービン燃焼器に備えられた予混合燃焼バーナの断面図である。予混合燃焼バーナ11の上流側の軸中心位置に液体燃料100を供給するための液体燃料ノズル13が設置され、この液体燃料ノズル13の燃焼室6側に該液体燃料ノズル13から噴射された液体燃料100と燃焼用空気300の混合を促進する混合室11aを形成している。その上流側が中空円錐形状で、下流側が略円筒形状である。予混合燃焼バーナ11の前記混合室11aの壁面には、予混合燃焼バーナ11内に燃焼用空気300を導入するための円筒形状の空気孔16が予混合燃焼バーナ11の軸方向に3列、周方向に複数個ずつ設けられている。これらの空気孔16を設けた壁面には、気体燃料供給系統221および水供給系統223から燃料ヘッダ18を通って供給される気体燃料200または水250を噴出するための気体燃料噴孔17が設けられている。   Next, the structure of the premixed combustion burner provided in the gas turbine combustor will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a premixed combustion burner provided in the gas turbine combustor. A liquid fuel nozzle 13 for supplying the liquid fuel 100 is installed at the axial center position on the upstream side of the premixed combustion burner 11, and the liquid injected from the liquid fuel nozzle 13 to the combustion chamber 6 side of the liquid fuel nozzle 13. A mixing chamber 11 a that promotes mixing of the fuel 100 and the combustion air 300 is formed. The upstream side has a hollow conical shape, and the downstream side has a substantially cylindrical shape. On the wall surface of the mixing chamber 11a of the premixed combustion burner 11, cylindrical air holes 16 for introducing the combustion air 300 into the premixed combustion burner 11 are arranged in three rows in the axial direction of the premixed combustion burner 11. A plurality are provided in the circumferential direction. The wall surface provided with these air holes 16 is provided with a gaseous fuel injection hole 17 for ejecting the gaseous fuel 200 or water 250 supplied from the gaseous fuel supply system 221 and the water supply system 223 through the fuel header 18. It has been.

燃料として液体燃料100が選択される場合、液体燃料ノズル13から噴射された液体燃料100は、混合室11aで燃焼用空気300と混合し、蒸発する。混合・蒸発によって生成された予混合気は燃焼室6で燃焼により高温の燃焼ガスとなる。一方、燃料として気体燃料200が選択される場合、気体燃料噴孔17から供給された気体燃料200は、空気孔16内や混合室11aでの流れの乱れにより燃焼用空気300と混合して燃焼室6で燃焼し高温の燃焼ガスとなる。   When the liquid fuel 100 is selected as the fuel, the liquid fuel 100 injected from the liquid fuel nozzle 13 is mixed with the combustion air 300 in the mixing chamber 11a and evaporated. The premixed gas generated by mixing / evaporation becomes a high-temperature combustion gas by combustion in the combustion chamber 6. On the other hand, when the gaseous fuel 200 is selected as the fuel, the gaseous fuel 200 supplied from the gaseous fuel injection hole 17 is mixed with the combustion air 300 and burned due to the turbulence in the air hole 16 or the mixing chamber 11a. It burns in the chamber 6 and becomes high-temperature combustion gas.

図2は実施例1の予混合燃焼バーナ11の詳細構造を表す断面を示した図である。図2のA−A′矢視断面図に示したように、この断面には空気孔16が円周方向に6個設けられている。混合室11aの断面円の直径を延長した線D−D′に対して長さX平行移動した位置に空気孔16を設けることにより、混合室11aで旋回流19が形成される。旋回流19によって液体燃料ノズル13から噴射された液体燃料100の液滴にせん断力が作用して微粒化が促進されるため、液滴の表面積が増加して液体燃料100が蒸発しやすくなりNOx排出量の低減に有効である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed structure of the premixed combustion burner 11 of the first embodiment. As shown in the AA ′ arrow cross-sectional view of FIG. 2, six air holes 16 are provided in the circumferential direction in this cross section. By providing an air hole 16 at a position that is translated by a length X with respect to a line DD ′ obtained by extending the diameter of the cross-sectional circle of the mixing chamber 11a, a swirling flow 19 is formed in the mixing chamber 11a. Since the shearing force acts on the droplets of the liquid fuel 100 injected from the liquid fuel nozzle 13 by the swirling flow 19 and atomization is promoted, the surface area of the droplets is increased and the liquid fuel 100 is likely to evaporate. Effective in reducing emissions.

次に、図3を用いて本実施例の予混合燃焼バーナの空気孔近傍の構造について説明する。図3は図2に示した空気孔を破線で囲ったB部を拡大した図である。燃焼用空気300は空気孔16を通って予混合燃焼バーナ11の混合室11aに導入される。空気孔16には気体燃料噴孔17が設けられており、C−C′矢視断面図に示したように空気孔16の断面円に対して同一の平面上に気体燃料200あるいは水250を供給する気体燃料噴孔17が設けられている。気体燃料噴孔17から供給された気体燃料200あるいは水250の噴流は空気孔16の断面円の中心を通過して気体燃料噴孔17の反対側壁面に衝突し、燃焼用空気300に随伴されて混合室11aへ流入する。気体燃料200あるいは水250が混合した燃焼用空気300は燃焼室で拡散燃焼バーナの燃焼熱から着火エネルギーを得て燃焼により燃焼ガスとなる。   Next, the structure in the vicinity of the air holes of the premixed combustion burner of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in which the air holes shown in FIG. 2 are surrounded by broken lines. The combustion air 300 is introduced into the mixing chamber 11 a of the premixed combustion burner 11 through the air hole 16. A gas fuel injection hole 17 is provided in the air hole 16, and the gaseous fuel 200 or the water 250 is placed on the same plane with respect to the cross-sectional circle of the air hole 16 as shown in the sectional view taken along the line CC ′. A gas fuel injection hole 17 to be supplied is provided. The jet of gaseous fuel 200 or water 250 supplied from the gaseous fuel injection hole 17 passes through the center of the cross-sectional circle of the air hole 16 and collides with the opposite side wall surface of the gaseous fuel injection hole 17 and is accompanied by the combustion air 300. Flow into the mixing chamber 11a. Combustion air 300 mixed with gaseous fuel 200 or water 250 obtains ignition energy from the combustion heat of the diffusion combustion burner in the combustion chamber and becomes combustion gas by combustion.

気体燃料噴孔17から供給された気体燃料200あるいは水250は、空気孔16の気体燃料噴孔17とは反対側の壁面に衝突するため、予混合燃焼バーナ11の外周側あるいは混合室側へ直接噴射されるのを防止できる。これにより、壁面への衝突の衝撃で空気孔16内に分散され、その後燃焼用空気300に随伴されて混合室へ流入する。気体燃料200が燃焼用空気300に分散・混合することにより、燃料濃度が高いことに起因した局所的な高温燃焼領域の発生を防止でき、NOx排出量を低減可能になる。   Since the gaseous fuel 200 or water 250 supplied from the gaseous fuel injection hole 17 collides with the wall surface of the air hole 16 opposite to the gaseous fuel injection hole 17, the gaseous fuel 200 or water 250 moves to the outer peripheral side or the mixing chamber side of the premixed combustion burner 11. Direct injection can be prevented. Thereby, it is dispersed in the air holes 16 due to the impact of the collision with the wall surface, and is then accompanied by the combustion air 300 and flows into the mixing chamber. When the gaseous fuel 200 is dispersed and mixed in the combustion air 300, it is possible to prevent the occurrence of a local high-temperature combustion region due to the high fuel concentration and to reduce the NOx emission amount.

上記のような構成のガスタービン燃焼器において、液体燃料を燃料として用いるときに気体燃料噴孔17から水250を供給する効果について以下に説明する。   In the gas turbine combustor configured as described above, the effect of supplying the water 250 from the gaseous fuel injection hole 17 when liquid fuel is used as fuel will be described below.

気体燃料噴孔17から水250を供給した場合、水250が空気孔16の壁面に衝突し、その衝撃で液滴となり空気孔16内に飛散して分散され、燃焼用空気300に随伴されて混合室へ流入する。水250は液滴となり空気孔内に飛散するため、燃焼用空気300との接触面積が増加し、燃焼用空気300から熱を受けやすくなり蒸発が促進される。これにより、水250の添加による燃焼用空気300の温度低下および燃焼速度の低下により局所の燃焼温度上昇が抑制され、NOx排出量の低減が可能となる。   When the water 250 is supplied from the gaseous fuel injection hole 17, the water 250 collides with the wall surface of the air hole 16, and as a result of the impact, the water 250 becomes droplets and is dispersed and dispersed in the air hole 16. It flows into the mixing chamber. Since the water 250 becomes droplets and scatters in the air holes, the contact area with the combustion air 300 is increased, heat is easily received from the combustion air 300, and evaporation is promoted. Thereby, a local increase in combustion temperature is suppressed due to a decrease in temperature of combustion air 300 and a decrease in combustion speed due to the addition of water 250, and NOx emission can be reduced.

一方、空気孔16から混合室11aへ燃焼用空気300を流入させる場合には、空気孔16の出口に後流50が生じる。液体燃料ノズルから噴射された液体燃料の液滴の一部が後流50に巻き込まれると、混合室11aあるいはその下流の蒸発室の壁面に液体燃料の液滴が付着する可能性がある。液体燃料100が壁面に付着したまま長時間滞留すると、熱分解により未燃分カーボンとなり混合室11aおよび蒸発の壁面に堆積する。特に、液体燃料100に燃焼用空気300の温度より沸点が高い成分(高沸点成分)が存在する場合、高沸点成分の蒸発は困難であるため、熱分解によって生成する未燃分カーボンの堆積量が顕著に増加する。   On the other hand, when the combustion air 300 is caused to flow into the mixing chamber 11 a from the air hole 16, a wake 50 is generated at the outlet of the air hole 16. If some of the liquid fuel droplets injected from the liquid fuel nozzle are caught in the wake 50, the liquid fuel droplets may adhere to the wall surface of the mixing chamber 11a or the evaporation chamber downstream thereof. If the liquid fuel 100 stays for a long time with adhering to the wall surface, it becomes unburned carbon by thermal decomposition and accumulates on the mixing chamber 11a and the evaporation wall surface. In particular, when a component having a boiling point higher than the temperature of the combustion air 300 (high boiling point component) is present in the liquid fuel 100, it is difficult to evaporate the high boiling point component. Increases significantly.

これに対し本実施例の予混合燃焼バーナ11の構造では、気体燃料噴孔17から噴出した水250の一部が空気孔16の壁面を流れることにより予混合燃焼バーナ11の構造物の温度を低下させている。そうすることで、液体燃料の熱分解反応速度を低下させられる。これにより、高沸点成分が混合室11aの壁面に付着しても燃焼用空気300によって液体のまま混合室11aの下流側の燃焼室へ搬送されやすくなり、未燃分カーボンの生成を抑制できる。   On the other hand, in the structure of the premixed combustion burner 11 of this embodiment, the temperature of the structure of the premixed combustion burner 11 is increased by a part of the water 250 ejected from the gaseous fuel injection hole 17 flowing on the wall surface of the air hole 16. It is decreasing. By doing so, the thermal decomposition reaction rate of the liquid fuel can be reduced. Thereby, even if a high-boiling component adheres to the wall surface of the mixing chamber 11a, it becomes easy to be transported to the combustion chamber downstream of the mixing chamber 11a by the combustion air 300, and generation of unburned carbon can be suppressed.

以上説明した本実施例のガスタービン燃焼器は、空気と燃料とを混合する混合室11aと、混合室11aに液体燃料を噴出する液体燃料ノズル13と、液体燃料ノズル13の外周側に配置され、空気を噴出する筒状の空気孔16とを有し、空気孔16の壁面に、空気孔16内へ気体燃料を供給する気体燃料噴孔17とを備えたガスタービン燃焼器であって、気体燃料噴孔17へ水を供給する系統223を有する。そして、液体燃料ノズル13から液体燃料を供給する際に、気体燃料噴孔17へ水250を供給する。   The gas turbine combustor of the present embodiment described above is disposed on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle 13, the mixing chamber 11 a that mixes air and fuel, the liquid fuel nozzle 13 that ejects liquid fuel into the mixing chamber 11 a. A gas turbine combustor having a cylindrical air hole 16 for jetting air, and a gas fuel injection hole 17 for supplying gaseous fuel into the air hole 16 on a wall surface of the air hole 16, A system 223 for supplying water to the gaseous fuel injection hole 17 is provided. Then, when supplying the liquid fuel from the liquid fuel nozzle 13, the water 250 is supplied to the gaseous fuel injection hole 17.

このように構成したガスタービン燃焼器において、油専焼運転時に気体燃料噴孔から水を噴射することで、予混合燃焼バーナの壁面に液体燃料が付着することで生成する未燃分カーボンの堆積を抑制できる。これにより、混合室への空気流量低下や個々の空気孔から混合室へ流入する空気の流量偏差の増大による液体燃料ノズルから噴射される液体燃料の微粒化特性の変化を抑制でき、燃料濃度偏差による火炎の高温領域の発生が抑制され、NOx排出量の増大を防止できる。また、燃焼用空気と水の混合度を高められるため火炎の温度上昇を抑制でき、NOx排出量を低減できるガスタービン燃焼器を提供可能となる。   In the gas turbine combustor configured as described above, water is injected from the gas fuel injection holes during the oil-only firing operation, thereby depositing unburned carbon generated by the liquid fuel adhering to the wall surface of the premixed combustion burner. Can be suppressed. As a result, changes in the atomization characteristics of the liquid fuel injected from the liquid fuel nozzle due to a decrease in the air flow rate into the mixing chamber and an increase in the flow rate deviation of the air flowing into the mixing chamber from individual air holes can be suppressed. The generation of the high temperature region of the flame due to the is suppressed, and the increase in the NOx emission amount can be prevented. Moreover, since the mixing degree of combustion air and water can be increased, it is possible to provide a gas turbine combustor that can suppress an increase in the temperature of the flame and can reduce NOx emissions.

本発明の第2の実施形態について図4および図5を用いて説明する。図4は本実施例のガスタービン燃焼器の断面図を含んだガスタービンシステムの構成図である。図4に示す本実施例のガスタービン燃焼器の構成およびガスタービンシステムの概略構成は図1に示したものと基本的には共通する。以下、両者の差異について説明する。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a configuration diagram of a gas turbine system including a cross-sectional view of the gas turbine combustor of the present embodiment. The configuration of the gas turbine combustor of this embodiment shown in FIG. 4 and the schematic configuration of the gas turbine system are basically the same as those shown in FIG. Hereinafter, the difference between the two will be described.

図4で示した本実施例のシステムは、水供給系統223から分岐した水供給系統224を設け、気体燃料供給系統220に接続し、拡散燃焼バーナ10の気体燃料ノズル14から水250を供給できるようにしている。水供給系統224は、水タンク260に貯蔵された水250が加圧ポンプ251で昇圧され圧力調節弁252で圧力を調節された状態で、水供給系統223から分岐される。分岐された水供給系統224には水250の流量を調整するための流量制御弁257と、水250の供給を遮断するための遮断弁258および逆流を防止するための逆止弁259を設けている。水供給系統224は気体燃料供給系統220に設けた逆止弁207の下流側へ合流し、気体燃料ノズル14を通って拡散燃焼バーナ10に供給される。   The system of the present embodiment shown in FIG. 4 is provided with a water supply system 224 branched from the water supply system 223, connected to the gaseous fuel supply system 220, and can supply water 250 from the gaseous fuel nozzle 14 of the diffusion combustion burner 10. I am doing so. The water supply system 224 is branched from the water supply system 223 in a state where the water 250 stored in the water tank 260 is pressurized by the pressure pump 251 and the pressure is adjusted by the pressure control valve 252. The branched water supply system 224 is provided with a flow rate control valve 257 for adjusting the flow rate of the water 250, a shutoff valve 258 for shutting off the supply of the water 250, and a check valve 259 for preventing backflow. Yes. The water supply system 224 joins to the downstream side of the check valve 207 provided in the gaseous fuel supply system 220 and is supplied to the diffusion combustion burner 10 through the gaseous fuel nozzle 14.

水供給系統223,224には熱交換器270,275をそれぞれ設け、燃焼用空気300の圧力変化に伴い水250の温度を調節する。燃焼用空気300の圧力は拡散燃焼バーナ10および予混合燃焼バーナ11の燃料ヘッダ18を直接計測するのが好ましいが、ここでは水供給系統223,224の熱交換器270,275の下流側に圧力計272,277を設置して計測する。また、水供給系統223,224の水250の温度も熱交換器270,275の下流側に温度計273,278を設置して計測する。   The water supply systems 223 and 224 are provided with heat exchangers 270 and 275, respectively, to adjust the temperature of the water 250 as the pressure of the combustion air 300 changes. The pressure of the combustion air 300 is preferably measured directly at the fuel header 18 of the diffusion combustion burner 10 and the premixed combustion burner 11, but here the pressure is set downstream of the heat exchangers 270 and 275 of the water supply systems 223 and 224. A total of 272 and 277 are installed and measured. Further, the temperature of the water 250 in the water supply systems 223 and 224 is also measured by installing thermometers 273 and 278 on the downstream side of the heat exchangers 270 and 275.

圧力計272および温度計273の計測結果から調節器271で熱交換器270の運転を制御し、水250の温度を調節することで、予混合燃焼バーナ11に沸点未満の水250を供給する。同様に圧力計277および温度計278の計測結果から調節器276で熱交換器275の運転を制御し、水250の温度を調節することで、拡散燃焼バーナ10に沸点未満の水250を供給する。すなわち、燃焼用空気の圧力を元に気体燃料噴出孔17から供給する水250の温度を沸点未満に設定する。そうすると、液体燃料の熱分解による未燃分のカーボンの生成を抑制できる。   The controller 271 controls the operation of the heat exchanger 270 from the measurement results of the pressure gauge 272 and the thermometer 273 to adjust the temperature of the water 250, thereby supplying the premixed combustion burner 11 with water 250 having a temperature lower than the boiling point. Similarly, the operation of the heat exchanger 275 is controlled by the regulator 276 from the measurement results of the pressure gauge 277 and the thermometer 278, and the temperature of the water 250 is adjusted, so that the water 250 having a boiling point is supplied to the diffusion combustion burner 10. . That is, the temperature of the water 250 supplied from the gaseous fuel injection hole 17 is set to be lower than the boiling point based on the pressure of the combustion air. If it does so, the production | generation of the carbon of the unburned part by thermal decomposition of liquid fuel can be suppressed.

水250を拡散燃焼バーナ10および予混合燃焼バーナ11に個別に供給する系統を持つことで、拡散燃焼バーナ10の油専焼においても気体燃料ノズル14から混合室10aへ水250を供給できるため、特にNOx排出量が多い拡散燃焼バーナで形成される火炎の温度を低減でき、NOx排出量を低減している。   Since the water 250 is individually supplied to the diffusion combustion burner 10 and the premixed combustion burner 11, the water 250 can be supplied from the gaseous fuel nozzle 14 to the mixing chamber 10 a even in the oil combustion of the diffusion combustion burner 10. The temperature of the flame formed by the diffusion combustion burner with a large amount of NOx emission can be reduced, and the amount of NOx emission is reduced.

次に、図5を用いて本実施例の燃焼器の予混合燃焼バーナの空気孔近傍の構造について説明する。予混合燃焼バーナ11は図2に示したものとほぼ同等である。ただし予混合燃焼バーナ11の空気孔近傍の構造については実施例1とは異なる。すなわち、図2に示した空気孔を破線で囲ったB部を拡大した図3とは別の構造である。この点について図5を用いて説明する。   Next, the structure in the vicinity of the air holes of the premixed combustion burner of the combustor according to this embodiment will be described with reference to FIG. The premixed combustion burner 11 is substantially the same as that shown in FIG. However, the structure of the premixed combustion burner 11 in the vicinity of the air holes is different from that of the first embodiment. That is, it is a structure different from FIG. 3 in which the portion B in which the air holes shown in FIG. 2 are surrounded by broken lines is enlarged. This point will be described with reference to FIG.

図5は、図2に示した空気孔を破線で囲ったB部に相当する部分を拡大した図である。燃焼用空気300は空気孔16を通って予混合燃焼バーナ11の混合室11aに導入される。空気孔16は円筒状であり、その円筒状の空気孔16の壁面には気体燃料噴孔17が設けられている。すなわち、C−C′矢視断面図に示したように空気孔16の断面円に対して接線方向から気体燃料200あるいは水250を供給する気体燃料噴孔17が設けられている。そうすると、気体燃料噴孔17から供給された気体燃料200あるいは水250の噴流は空気孔16の壁面に沿って流れ、燃焼用空気300に随伴されて混合室11aへ流入する。気体燃料200あるいは水250が混合した燃焼用空気300は燃焼室で拡散燃焼バーナの燃焼熱から着火エネルギーを得て燃焼により燃焼ガスとなる。   FIG. 5 is an enlarged view of a portion corresponding to part B in which the air holes shown in FIG. 2 are surrounded by broken lines. The combustion air 300 is introduced into the mixing chamber 11 a of the premixed combustion burner 11 through the air hole 16. The air hole 16 has a cylindrical shape, and a gas fuel injection hole 17 is provided on the wall surface of the cylindrical air hole 16. That is, as shown in the sectional view taken along the line CC ′, the gaseous fuel injection hole 17 for supplying the gaseous fuel 200 or the water 250 from the tangential direction with respect to the sectional circle of the air hole 16 is provided. Then, the jet of the gaseous fuel 200 or the water 250 supplied from the gaseous fuel injection hole 17 flows along the wall surface of the air hole 16, and flows along with the combustion air 300 into the mixing chamber 11a. Combustion air 300 mixed with gaseous fuel 200 or water 250 obtains ignition energy from the combustion heat of the diffusion combustion burner in the combustion chamber and becomes combustion gas by combustion.

気体燃料噴孔17は、その中心軸を空気孔の出口近傍に配置するのが望ましい。具体的には空気孔16の入口(予混合燃焼バーナ11の外側)よりも出口(予混合燃焼バーナ11の内側)に近い位置に配置するのがよい。特に本実施例では、空気孔16で形成される円筒に垂直な平面を予混合燃焼バーナ11の外側から混合室11a側へ移動させたときに最初に円筒と垂直な平面が接しなくなる点Pのある平面上に気体燃料噴孔17の中心を配置した。このように配置することで気体燃料噴孔17から供給された気体燃料200あるいは水250は空気孔16の壁面に沿って流れ、一部は壁による拘束がなくなったところから混合室11aへ飛散する流れ51となる。気体燃料200あるいは水250といった流体の勢いを必要以上に失うことなく、流体に旋回力を与えることができるため好適である。   It is desirable to arrange the central axis of the gaseous fuel injection hole 17 in the vicinity of the outlet of the air hole. Specifically, it is preferable to arrange at a position closer to the outlet (inside of the premixed combustion burner 11) than the inlet of the air hole 16 (outside of the premixed combustion burner 11). In particular, in this embodiment, when the plane perpendicular to the cylinder formed by the air holes 16 is moved from the outside of the premixed combustion burner 11 to the mixing chamber 11a side, the plane perpendicular to the cylinder first does not come into contact. The center of the gaseous fuel injection hole 17 was arranged on a certain plane. By arranging in this way, the gaseous fuel 200 or water 250 supplied from the gaseous fuel injection hole 17 flows along the wall surface of the air hole 16, and a part of the gaseous fuel 200 or water 250 scatters into the mixing chamber 11a from where the restriction by the wall is removed. It becomes the flow 51. This is preferable because a turning force can be applied to the fluid without losing the momentum of the fluid such as the gaseous fuel 200 or the water 250 more than necessary.

気体燃料200の場合、空気孔16の壁面に沿って流れることで内壁に膜状に広がる。そうすると、気体燃料200が燃焼用空気300に分散して混合するため、燃料濃度が高いことに起因した局所的な高温燃焼領域の発生を防止でき、NOx排出量の低減が可能になる。   In the case of the gaseous fuel 200, it flows along the wall surface of the air hole 16 and spreads in a film shape on the inner wall. Then, since the gaseous fuel 200 is dispersed and mixed in the combustion air 300, it is possible to prevent the occurrence of a local high-temperature combustion region due to the high fuel concentration, and to reduce the NOx emission amount.

次に、上記のような構成のガスタービン燃焼器において、液体燃料を燃料としたときに気体燃料噴孔17から水250を供給する効果について以下に説明する。   Next, in the gas turbine combustor having the above-described configuration, the effect of supplying the water 250 from the gaseous fuel injection hole 17 when liquid fuel is used as fuel will be described below.

気体燃料噴孔17から水250を供給した場合、空気孔16の壁面で水250が液膜状に広がるため、空気孔16の壁面との接触面積が増加し、熱伝導率が高い壁面から熱を受けやすくなり蒸発が促進される。これにより、水250の添加による燃焼用空気300の温度低下および燃焼速度の低下により局所の燃焼温度上昇が抑制され、NOx排出量の低減が可能となる。なお、気体燃料噴孔17から供給された水250の全量が、予混合燃焼バーナ11で形成された予混合気に混合しており、水250の全量がNOx排出量の低減に寄与するため、水250の供給量が少量でもNOx排出量の低減に有効である。   When the water 250 is supplied from the gaseous fuel injection hole 17, the water 250 spreads in the form of a liquid film on the wall surface of the air hole 16, so that the contact area with the wall surface of the air hole 16 increases, Evaporation is promoted. Thereby, a local increase in combustion temperature is suppressed due to a decrease in temperature of combustion air 300 and a decrease in combustion speed due to the addition of water 250, and NOx emission can be reduced. The total amount of water 250 supplied from the gaseous fuel injection hole 17 is mixed with the premixed gas formed by the premixed combustion burner 11, and the total amount of water 250 contributes to the reduction of NOx emission. Even if the supply amount of water 250 is small, it is effective in reducing the NOx emission amount.

ここで、空気孔16から混合室11aへ燃焼用空気300が流入する構造では空気孔16の出口に後流50が生じる。液体燃料ノズルから噴射された液体燃料の液滴の一部が後流50に巻き込まれ未燃分カーボンが壁面に堆積しやすくなる。これに対し本実施例の予混合燃焼バーナ11の構造では、水250が空気孔16の壁面を流れることにより空気孔16の壁面温度を低下させて混合室11aの壁面温度も低下させることや、後流50によって流れ51が壁面に押しつけられ混合室11aの壁面に近づき混合室11aの壁面を冷却させることで、液体燃料の熱分解反応速度を低下させられる。これにより、高沸点成分が混合室11aの壁面に付着しても燃焼用空気300によって液体のまま混合室11aの下流側の燃焼室へ搬送されやすくなり、熱分解による未燃分カーボンの生成を抑制できる。また、水250の一部が空気孔16から混合室11aへ飛散する流れ51により混合室11aの壁面への液体燃料の付着が遮られ、水250あるいは水蒸気と一緒に燃焼室に流出するため未燃分カーボンの生成を抑制できる。   Here, in the structure in which the combustion air 300 flows into the mixing chamber 11 a from the air hole 16, a wake 50 is generated at the outlet of the air hole 16. Some of the liquid fuel droplets injected from the liquid fuel nozzle are entrained in the wake 50, and the unburned carbon easily accumulates on the wall surface. On the other hand, in the structure of the premixed combustion burner 11 of the present embodiment, the water 250 flows through the wall surface of the air hole 16 to reduce the wall surface temperature of the air hole 16 and the wall surface temperature of the mixing chamber 11a. The flow 51 is pressed against the wall surface by the wake 50 and approaches the wall surface of the mixing chamber 11a to cool the wall surface of the mixing chamber 11a, thereby reducing the thermal decomposition reaction rate of the liquid fuel. As a result, even if a high-boiling component adheres to the wall surface of the mixing chamber 11a, it becomes easy to be transported to the combustion chamber downstream of the mixing chamber 11a by the combustion air 300, and generation of unburned carbon by pyrolysis is generated. Can be suppressed. Further, the flow 51 in which a part of the water 250 scatters from the air holes 16 to the mixing chamber 11a prevents the liquid fuel from adhering to the wall surface of the mixing chamber 11a, and flows into the combustion chamber together with the water 250 or water vapor. Generation of fuel carbon can be suppressed.

さらに本実施例のガスタービンでは、気体燃料噴孔17へ供給する水250を加熱する加熱手段である熱交換器270,275を有している。そのため、水250が予混合燃焼バーナ11へ供給される前に加熱され、気体燃料噴孔17から噴出した直後から蒸発が開始され、燃焼用空気300との混合度を高められ、局所的な火炎温度の上昇の防止によりNOx排出量を低減できる。また、水250が熱交換器270で加熱されるため空気孔16近傍で蒸発しやすく、気化熱で構造物の温度を低下させるため、空気孔近傍での熱分解反応速度が低下して混合室11aの壁面での未燃分カーボンの生成および堆積を抑制できる。   Further, the gas turbine according to the present embodiment includes heat exchangers 270 and 275 which are heating means for heating the water 250 supplied to the gaseous fuel injection hole 17. Therefore, the water 250 is heated before being supplied to the premixed combustion burner 11, and evaporation is started immediately after the water 250 is ejected from the gaseous fuel injection hole 17, the degree of mixing with the combustion air 300 is increased, and a local flame is produced. The NOx emission can be reduced by preventing the temperature from rising. Further, since the water 250 is heated by the heat exchanger 270, the water 250 is easily evaporated in the vicinity of the air hole 16, and the temperature of the structure is lowered by the heat of vaporization. Generation and accumulation of unburned carbon on the wall surface of 11a can be suppressed.

また、燃焼用空気300で予混合燃焼バーナ11が加熱されるため、加熱された水250を供給することで常温の水を供給する場合にくらべて急激な温度変化に伴う溶接部などにかかる熱応力を小さくでき、構造物の割れを防止できる。   Further, since the premixed combustion burner 11 is heated by the combustion air 300, the heat applied to the welded portion or the like due to a rapid temperature change as compared with the case where normal temperature water is supplied by supplying heated water 250. Stress can be reduced and cracking of the structure can be prevented.

このように構成したガスタービン燃焼器およびガスタービンシステムにおいては、油専焼運転時に気体燃料噴孔から水を噴射することで、予混合燃焼バーナの空気孔近傍を冷却でき、予混合燃焼バーナの壁面に液体燃料が付着することで生成する未燃分カーボンの堆積を抑制できる。これにより、混合室への空気流量低下や個々の空気孔から混合室へ流入する空気の流量偏差の増大による液体燃料ノズルから噴射される液体燃料の微粒化特性の変化を抑制でき、燃料濃度偏差による火炎の高温領域の発生が抑制され、NOx排出量の増大を防止できる。また、燃焼用空気と水の混合度を高められるため火炎の温度上昇を抑制でき、NOx排出量を低減できるガスタービン燃焼器を提供可能となる。   In the gas turbine combustor and the gas turbine system configured as described above, the vicinity of the air hole of the premixed combustion burner can be cooled by injecting water from the gas fuel injection hole during the oil-only firing operation, and the wall surface of the premixed combustion burner It is possible to suppress accumulation of unburned carbon generated by the liquid fuel adhering to the surface. As a result, changes in the atomization characteristics of the liquid fuel injected from the liquid fuel nozzle due to a decrease in the air flow rate into the mixing chamber and an increase in the flow rate deviation of the air flowing into the mixing chamber from individual air holes can be suppressed. The generation of the high temperature region of the flame due to the is suppressed, and the increase in the NOx emission amount can be prevented. Moreover, since the mixing degree of combustion air and water can be increased, it is possible to provide a gas turbine combustor that can suppress an increase in the temperature of the flame and can reduce NOx emissions.

1 圧縮機
2 タービン
3 ガスタービン燃焼器
4 発電機
5 外筒
6 燃焼室
7 内筒
8 トランジションピース
9 閉止板
10 拡散燃焼バーナ
10a,11a 混合室
10b 円錐プレート
11 予混合燃焼バーナ
12,13 液体燃料ノズル
14 気体燃料ノズル
15,16 空気孔
17 気体燃料噴孔
18 燃料ヘッダ
50 後流
51 流れ
100 液体燃料
101,251 加圧ポンプ
102,252 圧力調節弁
103,105,202,204,253 流量制御弁
104,106,203,205,254 遮断弁
110 液体燃料タンク
120,121 液体燃料供給系統
200 気体燃料
220,221,221 気体燃料供給系統
206,256 逆止弁
210 燃料タンク
223 水供給系統
250 水
260 水タンク
270 熱交換器
271 調節器
272 圧力計
273 温度計
300 燃焼用空気
400 燃焼ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Turbine 3 Gas turbine combustor 4 Generator 5 Outer cylinder 6 Combustion chamber 7 Inner cylinder 8 Transition piece 9 Closure plate 10 Diffusion combustion burner 10a, 11a Mixing chamber 10b Conical plate 11 Premixed combustion burner 12, 13 Liquid fuel Nozzle 14 Gaseous fuel nozzle 15, 16 Air hole 17 Gaseous fuel injection hole 18 Fuel header 50 Wake 51 Flow 100 Liquid fuel 101, 251 Pressure pump 102, 252 Pressure control valve 103, 105, 202, 204, 253 Flow control valve 104, 106, 203, 205, 254 Shut-off valve 110 Liquid fuel tank 120, 121 Liquid fuel supply system 200 Gas fuel 220, 221, 221 Gas fuel supply system 206, 256 Check valve 210 Fuel tank 223 Water supply system 250 Water 260 Water tank 270 heat exchanger 271 regulator 272 pressure Total 273 Thermometer 300 Combustion air 400 Combustion gas

Claims (7)

空気と燃料とを混合する混合室と、
該混合室に液体燃料を噴出する液体燃料ノズルと、
該液体燃料ノズルの外周側に配置され、空気を噴出する筒状の空気孔とを有し、
該空気孔の壁面に、該空気孔内へ気体燃料を供給する気体燃料噴孔とを備えたガスタービン燃焼器であって、
該気体燃料噴孔へ水を供給する系統を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
A mixing chamber for mixing air and fuel;
A liquid fuel nozzle for ejecting liquid fuel into the mixing chamber;
A cylindrical air hole that is disposed on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle and ejects air;
A gas turbine combustor comprising a gas fuel injection hole for supplying gaseous fuel into the air hole on a wall surface of the air hole,
A gas turbine combustor comprising a system for supplying water to the gaseous fuel injection hole.
請求項1に記載のガスタービン燃焼器であって、
該気体燃料孔は、該気体燃料孔から供給された流体が該空気孔の壁面に沿って流れるように設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 1,
Is the gas fuel injection holes, the gas turbine combustor, wherein a fluid supplied from the gas fuel injection holes are provided to flow along the wall surface of the air pores.
請求項1または2に記載のガスタービン燃焼器であって、
該空気孔は円筒状であり、
該円筒状の空気孔の断面円に対して接線方向から流体が供給されるよう該気体燃料噴孔が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The air hole is cylindrical,
The gas turbine combustor, wherein the gas fuel injection hole is provided so that fluid is supplied from a tangential direction with respect to a cross-sectional circle of the cylindrical air hole.
請求項1から3の何れかに記載のガスタービン燃焼器であって、該気体燃料噴孔へ供給する水を加熱する加熱手段を有する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. The gas turbine combustor according to claim 1, further comprising a heating unit configured to heat water supplied to the gaseous fuel injection hole. 5.
請求項1から4の何れかに記載のガスタービン燃焼器であって、
該空気孔の入口よりも出口に近い位置に該気体燃料噴孔を配置する構造を持つことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 4,
A gas turbine combustor having a structure in which the gaseous fuel injection hole is disposed at a position closer to the outlet than the inlet of the air hole.
空気と燃料とを混合する混合室と、
該混合室に液体燃料を噴出する液体燃料ノズルと、
該液体燃料ノズルの外周側に配置され、空気を噴出する筒状の空気孔とを有し、
該空気孔の壁面に、該空気孔内へ気体燃料を供給する気体燃料噴孔とを備えたガスタービン燃焼器の運転方法であって、
該液体燃料ノズルから液体燃料を供給する際に、
該気体燃料噴孔へ水を供給することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
A mixing chamber for mixing air and fuel;
A liquid fuel nozzle for ejecting liquid fuel into the mixing chamber;
A cylindrical air hole that is disposed on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle and ejects air;
A gas turbine combustor operating method comprising a gas fuel injection hole for supplying gaseous fuel into the air hole on a wall surface of the air hole,
When supplying liquid fuel from the liquid fuel nozzle,
A method for operating a gas turbine combustor, wherein water is supplied to the gaseous fuel injection hole.
請求項6に記載のガスタービン燃焼器の運転方法であって、
燃焼用空気の圧力を元に該気体燃料噴孔から供給する水の温度を決定する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
A method for operating a gas turbine combustor according to claim 6,
A method for operating a gas turbine combustor, wherein the temperature of water supplied from the gaseous fuel injection hole is determined based on the pressure of combustion air.
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