JP5614893B2 - Gas turbine combustor and coal gasification combined power plant - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービン燃焼器及び石炭ガス化複合発電プラントに係り、特に、燃料組成として水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器及び石炭ガス化複合発電プラントに関する。   The present invention relates to a gas turbine combustor and a coal gasification combined power plant, and more particularly, to a gas turbine combustor and a coal gasification combined power plant that burns a fuel containing hydrogen as a fuel composition.

水素を組成成分として含むガス燃料をガスタービン燃焼器に使用する場合には、水素の燃焼速度が速いため、ガスタービン燃焼器内で形成される火炎が燃焼器構造物に接近し信頼性上の問題を引き起こす可能性がある。   When gas fuel containing hydrogen as a composition component is used in a gas turbine combustor, since the combustion speed of hydrogen is high, the flame formed in the gas turbine combustor approaches the combustor structure and is reliable. May cause problems.

水素が含まれる燃料に対してガスタービン燃焼器の信頼性を確保する燃焼方式としては、ガスタービン燃焼器の燃焼室に直接燃料のみを投入し、燃焼室内で燃料と空気の混合を行なう拡散燃焼方式が有力であるが、この燃焼方式では最も燃焼しやすい状態で火炎が形成されるため、火炎温度が高くなり窒素酸化物(NOx)排出量が増大しやすい。   As a combustion method to ensure the reliability of the gas turbine combustor for the fuel containing hydrogen, only the fuel is directly injected into the combustion chamber of the gas turbine combustor and the fuel and air are mixed in the combustion chamber. Although the method is effective, in this combustion method, a flame is formed in a state where it is most easily combusted, so that the flame temperature becomes high and the amount of nitrogen oxide (NOx) emission tends to increase.

一方、低NOx燃焼を行なうには燃料と空気を予め燃料と空気を量論混合比よりも希薄となるよう混合してガスタービン燃焼器に供給する予混合燃焼方式が有力であるが、この予混合燃焼方式ではガスタービン燃焼器の燃焼室に流入する前から可燃範囲の混合気が形成されているため、燃料ガスに含まれる水素濃度が変化して増加すると燃焼室で形成される火炎の位置がガスタービン燃焼器の構造物に接近するのでガスタービン燃焼器の信頼性上の問題を引き起こす可能性が高くなる。また、水素濃度が減少した場合にも、燃焼室で希薄な混合気を燃焼させているため、燃焼速度と可燃範囲が変動して燃焼不安定を起こす可能性が高くなる。   On the other hand, in order to perform low NOx combustion, a premixed combustion method in which fuel and air are mixed in advance so that the fuel and air become leaner than the stoichiometric mixing ratio and supplied to the gas turbine combustor is effective. In the mixed combustion method, since the mixture in the combustible range is formed before it flows into the combustion chamber of the gas turbine combustor, the position of the flame formed in the combustion chamber when the hydrogen concentration contained in the fuel gas changes and increases Is likely to cause reliability problems in the gas turbine combustor as it approaches the structure of the gas turbine combustor. Even when the hydrogen concentration decreases, the lean air-fuel mixture is burned in the combustion chamber, so that the combustion speed and the combustible range fluctuate and the possibility of causing combustion instability increases.

燃料ノズルと空気ノズルとを同軸に配置した同軸噴流ノズル(同軸噴流バーナ)を多数集合化した構造によって、予め燃料と空気の分散性を高めて燃焼室内に供給し、短い距離で燃料と空気を混合することにより、逆火を防ぐとともに低NOx燃焼を図るようにしたガスタービン燃焼器がある。   With a structure in which a large number of coaxial jet nozzles (coaxial jet burners) in which fuel nozzles and air nozzles are coaxially arranged are assembled, fuel and air dispersibility is increased in advance, and the fuel and air are supplied at a short distance. There is a gas turbine combustor that prevents backfire and achieves low NOx combustion by mixing.

このような同軸噴流ノズル(同軸噴流バーナ)を用いたガスタービン燃焼器として、特許文献1では、空気孔プレートの燃焼室側の面を、中心部が燃焼室下流側に突き出た円錐台形状とすることにより、内周側同軸噴流ノズル群を燃焼安定性の高いバーナとし、外周側同軸噴流ノズル群を低NOx燃焼が可能なバーナとしている。また、特許文献1には、空気孔プレートの頭頂部を窪ませて淀みを促進する構造も開示されている(図18)。頭頂部を窪ませて淀みを促進することにより保炎強化を図り、燃焼安定性を向上させている。さらに、特許文献1では、水素を含む燃料に対しては、空気孔出口周囲での火炎の保炎を防ぎ、空気孔プレートへ火炎が接近しないようにするため、空気孔プレートを円錐の形にすることが記載されている(図27)。円錐形の構造によって、頭頂部を窪ませる構造とは逆に、バーナ頭頂部の淀みの領域を非常に小さくするようにしている。   As a gas turbine combustor using such a coaxial jet nozzle (coaxial jet burner), in Patent Document 1, the surface of the air hole plate on the combustion chamber side has a truncated cone shape with the center portion protruding to the combustion chamber downstream side. Thus, the inner peripheral side coaxial jet nozzle group is a burner with high combustion stability, and the outer peripheral side coaxial jet nozzle group is a burner capable of low NOx combustion. Patent Document 1 also discloses a structure in which the top of the air hole plate is recessed to promote stagnation (FIG. 18). Reducing the top of the head and promoting itching enhances flame holding and improves combustion stability. Further, in Patent Document 1, for a fuel containing hydrogen, in order to prevent flame holding around the air hole outlet and prevent the flame from approaching the air hole plate, the air hole plate has a conical shape. (FIG. 27). The conical structure makes the stagnation area of the burner head very small, as opposed to the structure in which the head is depressed.

特開2011−75172号公報JP 2011-75172 A

水素を組成成分として含むガス燃料をガスタービン燃焼器に使用する場合には、水素の燃焼速度が速いため、ガスタービン燃焼器内で形成される火炎が燃焼器構造物に接近し信頼性上の問題を引き起こす可能性がある。従って、水素が含まれる燃料をガスタービンに適用する場合に、構造物の信頼性を確保しながら、燃焼安定性の維持と低NOx燃焼を実現する技術が求められる。   When gas fuel containing hydrogen as a composition component is used in a gas turbine combustor, since the combustion speed of hydrogen is high, the flame formed in the gas turbine combustor approaches the combustor structure and is reliable. May cause problems. Therefore, when a fuel containing hydrogen is applied to a gas turbine, there is a demand for a technique that can maintain combustion stability and achieve low NOx combustion while ensuring the reliability of the structure.

特許文献1は、基本的には、組成が安定した燃料に関して燃焼安定性を維持して低NOx燃焼を実現するものである。その中で、特許文献1では、水素を含む燃料に対しては、空気孔プレートを円錐形とすることによって、バーナ頭頂部の淀みの領域を非常に小さくするようにし、空気孔出口周囲での火炎の保炎を防ぎ、空気孔プレートへ火炎が接近しないようにしている。   Patent Document 1 basically realizes low NOx combustion while maintaining combustion stability for a fuel having a stable composition. Among them, in Patent Document 1, for the fuel containing hydrogen, by making the air hole plate conical, the stagnation region at the top of the burner is made very small, This prevents flame holding and prevents the flame from approaching the air hole plate.

しかし、空気孔プレートの中心部である円錐の頂点が常に燃焼ガスである循環ガスにさらされると共に、より高温である定常火炎に包み込まれる状態となる。石炭ガス化燃料のように水素を含む燃料の場合には、燃焼ガス及び定常火炎における水蒸気濃度が他の燃料に比較して大きい。水蒸気は輻射率が高い気体であるため、高温の定常火炎に包み込まれる状態となると空気孔プレート中央部は輻射により局所過熱される可能性がある。   However, the apex of the cone, which is the central part of the air hole plate, is always exposed to the circulating gas, which is the combustion gas, and is encased in a steady flame having a higher temperature. In the case of a fuel containing hydrogen such as coal gasification fuel, the concentration of water vapor in the combustion gas and steady flame is higher than that of other fuels. Since water vapor is a gas with high emissivity, there is a possibility that the central portion of the air hole plate is locally overheated by radiation when encased in a high-temperature steady flame.

本発明の目的は、燃料組成に水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器の構造物の過熱を避け、燃焼安定性と低NOx燃焼性能を維持し得る、ガスタービン燃焼器を提供することにある。   An object of the present invention is a gas turbine combustor that burns a fuel containing hydrogen in the fuel composition, avoids overheating of the structure of the gas turbine combustor, and maintains combustion stability and low NOx combustion performance. Is to provide a vessel.

本発明は、燃料組成に水素を含む燃料を燃焼する、同軸噴流バーナを用いたガスタービン燃焼器において、バーナの燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて燃焼室側に突き出すような傾斜を持ち、かつバーナの中央部が燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいることを特徴とする。   The present invention relates to a gas turbine combustor using a coaxial jet burner that burns a fuel containing hydrogen in the fuel composition, such that the combustion chamber side surface of the burner protrudes from the outer peripheral side toward the center toward the combustion chamber side. And the center of the burner is recessed with an inclination so as to move away from the combustion chamber.

本発明のガスタービン燃焼器は、望ましくは、バーナ中央部近傍に生じる淀み領域に向けて循環する燃焼ガスの一部である循環ガスをバーナから遠ざけるように燃焼室下流側に押し戻す構造を有する。   The gas turbine combustor of the present invention desirably has a structure in which the circulating gas that is part of the combustion gas that circulates toward the stagnation region that occurs near the center of the burner is pushed back downstream of the combustion chamber so as to be away from the burner.

また、本発明は、石炭ガス化複合発電プラントのガスタービン燃焼器として、上記構成のガスタービン燃焼器を用いるようにしたものである。   Moreover, this invention uses the gas turbine combustor of the said structure as a gas turbine combustor of a coal gasification combined cycle power plant.

本発明によれば、燃料組成に水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器の構造物の過熱を避け、燃焼安定性と低NOx燃焼性能を維持することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the gas turbine combustor which burns the fuel which contains hydrogen in a fuel composition, it becomes possible to avoid overheating of the structure of a gas turbine combustor, and to maintain combustion stability and low NOx combustion performance. .

本発明の実施例であるガスタービン燃焼器を備えた石炭ガス化複合発電プラントの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the coal gasification combined cycle power plant provided with the gas turbine combustor which is an Example of the present invention. 本発明の第一の実施例のガスタービン燃焼器の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the gas turbine combustor of the 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例のガスタービン燃焼器に設置された複数個のメイン多孔同軸噴流バーナの空気プレートを燃焼室側から見た部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which looked at the air plate of the several main porous coaxial jet burner installed in the gas turbine combustor of the 1st Example of this invention from the combustion chamber side. 図2に示した第一の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナに形成した空気プレートの空気孔を示す部分図である。FIG. 3 is a partial view showing air holes of an air plate formed in a main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the first embodiment shown in FIG. 2. 図2に示した第一の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナに形成した空気孔を備えた空気プレートを燃焼室側から見た図である。It is the figure which looked at the air plate provided with the air hole formed in the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the 1st Example shown in FIG. 2 from the combustion chamber side. 本発明の実施例のガスタービン燃焼器に設置されたメイン多孔同軸噴流バーナを構成する燃料ノズルと空気孔とを流れる流体の空気孔近傍の流れの状況図である。It is a situation figure of the flow near the air hole of the fluid which flows through the fuel nozzle and air hole which constitute the main porous coaxial jet burner installed in the gas turbine combustor of the example of the present invention. 図2に示した本発明の第一の実施例であるガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナを構成する燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図である。FIG. 2 shows a fuel nozzle composing the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, a fluid jetted from the air hole to the combustion chamber, and a flow of the combustion gas in the combustion chamber. FIG. 本発明の第二の実施例のガスタービン燃焼器の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the gas turbine combustor of the 2nd Example of this invention. 本発明の第二の実施例のガスタービン燃焼器に設置された複数個のメイン多孔同軸噴流バーナの空気プレートを燃焼室側から見た部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which looked at the air plate of the several main porous coaxial jet burner installed in the gas turbine combustor of the 2nd Example of this invention from the combustion chamber side. 図8に示した第二の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナに形成した空気プレートの空気孔を示す部分図である。It is a fragmentary view which shows the air hole of the air plate formed in the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the 2nd Example shown in FIG. 図8に示した第二の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナに形成した空気孔を備えた空気プレートを燃焼室側から見た図である。It is the figure which looked at the air plate provided with the air hole formed in the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the 2nd Example shown in FIG. 8 from the combustion chamber side. 図8に示した第二の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナを構成する燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図である。FIG. 9 is a situation diagram showing the flow of combustion gas in the combustion chamber and the fuel nozzle that constitutes the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the second embodiment shown in FIG. is there. 図8に示した第二の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナを構成する燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す図13に示した状況図の断面Xの位置における第1の同軸噴流バーナ部からの混合気の分布範囲を示す図である。FIG. 13 shows the flow of the combustion gas in the combustion chamber and the fuel nozzle that constitutes the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the second embodiment shown in FIG. It is a figure which shows the distribution range of the air-fuel | gaseous mixture from the 1st coaxial jet burner part in the position of the cross section X of the situation figure shown. 図8に示した第二の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナを構成する燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す図13に示した状況図の断面Yの位置における第1の同軸噴流バーナ部からの混合気の分布範囲を示す図である。FIG. 13 shows the flow of the combustion gas in the combustion chamber and the fuel nozzle that constitutes the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the second embodiment shown in FIG. It is a figure which shows the distribution range of the air-fuel | gaseous mixture from the 1st coaxial jet burner part in the position of the cross section Y of the situation figure shown. 図8に示した第二の実施例のガスタービン燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナを構成する燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す図13に示した状況図のバーナ中心軸における圧力の、空気孔プレート出口からの距離に対する変化を示す図である。FIG. 13 shows the flow of the combustion gas in the combustion chamber and the fuel nozzle that constitutes the main porous coaxial jet burner of the gas turbine combustor of the second embodiment shown in FIG. It is a figure which shows the change with respect to the distance from the air hole plate exit of the pressure in the burner central axis of the situation figure shown.

先ず、本発明の実施例を詳細に説明する前に、本発明の理解を容易にするために、本発明と類似の構造を有する特許文献1の図18と対比して本発明の概要を説明する。   First, before describing the embodiments of the present invention in detail, in order to facilitate understanding of the present invention, the outline of the present invention will be described in comparison with FIG. 18 of Patent Document 1 having a structure similar to the present invention. To do.

本発明では、バーナの燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて燃焼室側に突き出すような傾斜を持ち、かつバーナの中央部が燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいる。具体的な構成例としては、燃料と空気が供給される燃焼室の上流側に位置し複数の空気孔を有する空気孔プレートと、空気孔プレートの空気孔に対して同軸に配置され、空気孔に対して燃料組成に水素を含む燃料を供給する複数の燃料ノズルからなる多孔同軸噴流バーナを複数個備えて、燃料組成に水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器において、複数個配置した各多孔同軸噴流バーナは、該多孔同軸噴流バーナの燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて燃焼室側に突き出すような傾斜を持ち、かつ該多孔同軸噴流バーナの中央部は燃焼室から遠ざかるように凹面形状に傾斜を持って窪んでいる構造を有する。   In the present invention, the combustion chamber side surface of the burner has an inclination that protrudes toward the combustion chamber side from the outer peripheral side toward the central portion, and the central portion of the burner is recessed with an inclination so as to move away from the combustion chamber. As a specific configuration example, an air hole plate positioned on the upstream side of the combustion chamber to which fuel and air are supplied and having a plurality of air holes, and coaxially arranged with respect to the air holes of the air hole plate, the air holes In a gas turbine combustor that includes a plurality of perforated coaxial jet burners comprising a plurality of fuel nozzles for supplying a fuel containing hydrogen in the fuel composition to each other and that is disposed in the gas turbine combustor that burns the fuel containing hydrogen in the fuel composition The porous coaxial jet burner has an inclination such that the combustion chamber side surface of the porous coaxial jet burner protrudes from the outer peripheral side toward the central portion toward the combustion chamber side, and the central portion of the porous coaxial jet burner moves away from the combustion chamber. In this way, the concave shape is recessed with an inclination.

バーナの燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて燃焼室側に突き出すような傾斜を持つ構造とすることによって、内周側同軸噴流ノズルを燃焼安定性の高いバーナとし、外周側同軸噴流ノズルを低NOx燃焼が可能なバーナとすることができる。さらにバーナの中央部が燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいる構造とすることによってバーナの中央部の過熱を避けることができる。   By making the combustion chamber side surface of the burner have an inclination that protrudes toward the combustion chamber from the outer periphery toward the center, the inner periphery coaxial jet nozzle becomes a burner with high combustion stability, and the outer periphery coaxial jet The nozzle can be a burner capable of low NOx combustion. Furthermore, by using a structure in which the central portion of the burner is recessed with an inclination so as to move away from the combustion chamber, overheating of the central portion of the burner can be avoided.

特許文献1の図18には、本発明に類似する構造が開示されている。しかし、特許文献1は、図18に開示の構造も含め、図27に開示の構造以外のものは、組成が安定した燃料に関して燃焼安定性を維持して低NOx燃焼を実現するものである。そして、特許文献1では、水素を含む燃料に対しては、空気孔プレートを円錐形とすることによって、バーナ頭頂部の淀みの領域を非常に小さくするようにし、空気孔出口周囲での火炎の保炎を防ぎ、空気孔プレートへ火炎が接近しないようにしている。即ち、特許文献1では、水素を含む燃料に対しては、特に、図18に開示のように頭頂部を窪ませて淀みを促進する構造とは逆に、図27に開示のように空気孔プレートを円錐形としてバーナ頭頂部の淀みの領域を小さくする構造としている。   FIG. 18 of Patent Document 1 discloses a structure similar to the present invention. However, Patent Document 1 realizes low NOx combustion while maintaining combustion stability for a fuel having a stable composition, including the structure disclosed in FIG. And in patent document 1, with respect to the fuel containing hydrogen, by making the air hole plate into a conical shape, the stagnation region at the top of the burner is made very small, and the flame around the air hole outlet is reduced. This prevents flame holding and prevents the flame from approaching the air hole plate. That is, in Patent Document 1, for the fuel containing hydrogen, in particular, the air hole as shown in FIG. 27 is opposite to the structure in which the top of the head is recessed to promote stagnation as shown in FIG. The plate has a conical shape to reduce the stagnation region at the top of the burner.

本発明では、水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器に特化し、特許文献1(図27)とは逆に、多孔同軸噴流バーナの中央部が燃焼室から遠ざかるように凹面形状に傾斜を持って窪んでいる構造としている。多孔同軸噴流バーナの燃焼室側表面の中央部が燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいる構造とすることによって、バーナ中央部が定常火炎に包み込まれる危険を回避することができ、さらにバーナの中央部は燃焼室から傾斜角を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいることにより、バーナ中央部の表面から定常火炎を見る角度が縮小するため、輻射によりバーナ中央部に流入する熱流束を抑制することができるので、バーナ中央部が過熱される危険をさらに低下させることができる。   The present invention specializes in a gas turbine combustor that burns fuel containing hydrogen. In contrast to Patent Document 1 (FIG. 27), the center of the porous coaxial jet burner is inclined in a concave shape so as to be away from the combustion chamber. It has a recessed structure. By adopting a structure in which the central part of the combustion chamber side surface of the multi-hole coaxial jet burner is recessed with an inclination so as to move away from the combustion chamber, it is possible to avoid the risk that the central part of the burner is wrapped in a steady flame, Since the central part of the burner is recessed in a concave shape so as to move away from the combustion chamber with an inclination angle, the angle at which the steady flame is viewed from the surface of the central part of the burner is reduced, so that the heat flow flowing into the central part of the burner by radiation Since the bundle can be suppressed, the risk that the burner central portion is overheated can be further reduced.

そして、本発明では、バーナ中央部近傍に生じる淀み領域に向けて循環する燃焼ガスの一部である循環ガスをバーナから遠ざけるように燃焼室下流側に押し戻す構造を有している。これによって、バーナ中央部の過熱をより確実に避けることができる。   And in this invention, it has a structure which pushes back the circulating gas which is a part of combustion gas which circulates toward the stagnation area | region produced in the burner center vicinity back to a combustion chamber downstream so that it may keep away from a burner. As a result, overheating of the burner center can be avoided more reliably.

また、多孔同軸噴流バーナの燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて燃焼室側に突き出すような傾斜を持つことによって、空気孔出口近傍に形成される流速の低い渦(後流)の成長を抑制し、後流に火炎が付着する危険を低減することができ、また、多孔同軸噴流バーナの燃焼室側表面の傾斜に沿って外周側から中央の淀み領域に向かう流れが生じ、この流れが火炎を下流に押し戻すので、後流に火炎がさらに付着しにくくなる。   Moreover, the combustion chamber side surface of the multi-hole coaxial jet burner has an inclination that protrudes from the outer peripheral side toward the center toward the combustion chamber side, so that a low flow velocity vortex (wake) formed near the outlet of the air hole It can suppress the growth and reduce the risk of the flame adhering to the wake, and the flow from the outer peripheral side toward the central stagnation region along the inclination of the combustion chamber side surface of the multi-hole coaxial jet burner is generated. Since the flow pushes the flame back downstream, the flame is less likely to adhere to the downstream.

以下、図面を用いて本発明の実施例であるガスタービン燃焼器、ガスタービン燃焼器の燃料供給装置、ガスタービン燃焼器の燃料供給方法、及びガスタービン燃焼器を用いた発電プラントについて説明する。   Hereinafter, a gas turbine combustor, a gas turbine combustor fuel supply apparatus, a gas turbine combustor fuel supply method, and a power plant using the gas turbine combustor according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の第一の実施例であるガスタービン燃焼器を有するガスタービンプラントを備えた石炭ガス化複合発電プラント(IGCC:Integrated coal Gasification Combined Cycle、以下IGCCと略記する)の概略構成図である。IGCCは、地球温暖化防止の観点より、ガスタービン燃焼器に供給されるガス化燃料中の炭素分を分離・回収するシステムが国内外で検討されている。図1に示すIGCCは二酸化炭素分離・回収装置付きの石炭ガス化複合発電(CCS−IGCC)プラントである。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an integrated coal gasification combined cycle (IGCC) including a gas turbine plant having a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention (IGCC). It is. From the viewpoint of preventing global warming, IGCC is studying a system for separating and recovering carbon in gasified fuel supplied to a gas turbine combustor both at home and abroad. The IGCC shown in FIG. 1 is a coal gasification combined cycle (CCS-IGCC) plant with a carbon dioxide separation and recovery device.

石炭ガス化炉202に酸素製造装置201からの酸素17を投入して石炭16をガス化する。石炭ガス化炉202で生成した精製前石炭ガス化ガス18は、石炭ガス化ガス精製装置203によって集塵、脱硫等をした後、流量調整弁204を介してシフト反応器206に供給される。シフト反応器206において水蒸気20を添加してシフト反応で石炭ガス化ガス中のCOをCO2に変換する。そして、二酸化炭素回収装置207において石炭ガス化ガス中のCO2を回収し、高水素濃度(CO2回収後)石炭ガス化ガス21を製造する。燃料供給系統122b、123a、123bには、二酸化炭素回収前石炭ガス化ガス供給系統120からの二酸化炭素回収前石炭ガス化ガス19と高水素濃度石炭ガス化ガス供給系統121からの高水素濃度石炭ガス化ガス21とが遮断弁103を介して石炭ガス化燃料22として供給される。二酸化炭素回収前石炭ガス化ガス供給系統120には水素濃度検知手段102aと流量調整弁205が設けられている。高水素濃度石炭ガス化ガス供給系統121には水素濃度検知手段102bと流量調整弁208が設けられている。石炭ガス化燃料22として利用されない石炭ガス化ガスはガス処理炉209を介して排出される。石炭ガス化燃料22としてCO2を回収した高水素濃度石炭ガス化ガス21が供給される場合には、燃料のほとんどの成分が水素となる。   The coal gasification furnace 202 is charged with the oxygen 17 from the oxygen production apparatus 201 to gasify the coal 16. The pre-refining coal gasification gas 18 generated in the coal gasification furnace 202 is collected and desulfurized by the coal gasification gas purification device 203 and then supplied to the shift reactor 206 via the flow rate adjustment valve 204. In the shift reactor 206, the water vapor 20 is added to convert CO in the coal gasification gas into CO2 by a shift reaction. And CO2 in coal gasification gas is collect | recovered in the carbon dioxide recovery apparatus 207, and high hydrogen concentration (after CO2 collection | recovery) coal gasification gas 21 is manufactured. The fuel supply systems 122b, 123a, 123b include pre-carbon dioxide recovery coal gasification gas 19 from the pre-carbon dioxide recovery coal gasification gas supply system 120 and high hydrogen concentration coal from the high hydrogen concentration coal gasification gas supply system 121. Gasified gas 21 is supplied as coal gasified fuel 22 through shutoff valve 103. The coal gasification gas supply system 120 before carbon dioxide recovery is provided with a hydrogen concentration detection means 102a and a flow rate adjustment valve 205. The high hydrogen concentration coal gasification gas supply system 121 is provided with a hydrogen concentration detection means 102 b and a flow rate adjustment valve 208. Coal gasification gas that is not used as the coal gasification fuel 22 is discharged through the gas processing furnace 209. When the high hydrogen concentration coal gasification gas 21 in which CO2 is recovered is supplied as the coal gasification fuel 22, most components of the fuel are hydrogen.

燃料組成に水素を含む石炭ガス化燃料22によって駆動されるガスタービンプラントは、圧縮機5によって外気を吸入して圧縮した圧縮空気10を、車室7を経由してガスタービン燃焼器9に燃焼用空気12として供給し、このガスタービン燃焼器9に設置したメイン多孔同軸噴流バーナ53から石炭ガス化燃料22と共に燃焼室1に噴射して燃焼させる。また、ガスタービンプラントは、ガスタービン燃焼器9で石炭ガス化燃料22を燃焼させて発生させた高温高圧の燃焼ガス13をタービン6に流入させて駆動し、タービン6の回転動力を発電機501によって電力として取り出す。なお、図示していないが、ガスタービンの高温排ガスによって蒸気を発生させて、この蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電するようにしている。   The gas turbine plant driven by the coal gasification fuel 22 containing hydrogen in the fuel composition burns the compressed air 10 compressed by sucking outside air by the compressor 5 into the gas turbine combustor 9 via the passenger compartment 7. It is supplied as working air 12 and injected into the combustion chamber 1 together with the coal gasification fuel 22 from the main porous coaxial jet burner 53 installed in the gas turbine combustor 9 and burned. Further, the gas turbine plant drives the high-temperature and high-pressure combustion gas 13 generated by burning the gasification fuel 22 in the gas turbine combustor 9 into the turbine 6 to drive the rotational power of the turbine 6 to the generator 501. Take out as power. Although not shown, steam is generated by the high-temperature exhaust gas from the gas turbine, and the steam turbine is driven by this steam to generate electric power.

本発明のガスタービン燃焼器は、上述のようなIGCCの他に、製鉄プラントから得られる、水素を含む副生ガスであるコークス炉ガス(COG:Coke Oven Gas)、高炉ガス(BFG:Blast Furnace Gas)、転炉ガス(LDG:Linzer Donawitz Gas)あるいはこれらの混合ガスを燃料として使用するガスタービンや、石油製油所のナフサ分解プラントなどから得られる、水素を含む副生ガスを燃料とするガスタービンに適用することができる。これらの副生ガスは燃料成分の30%〜60%が水素となる。   The gas turbine combustor of the present invention includes a coke oven gas (COG) and a blast furnace gas (BFG), which are by-product gases containing hydrogen, obtained from an iron manufacturing plant, in addition to the IGCC as described above. Gas), converter gas (LDG: Linzer Donawitz Gas), or a gas turbine that uses these gas mixtures as fuel, or a gas that uses hydrogen as a by-product gas, such as a naphtha cracking plant at a petroleum refinery It can be applied to turbines. In these by-product gases, 30 to 60% of the fuel component is hydrogen.

このように、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に使用する場合に、広範な負荷範囲にわたって水素濃度の変動に影響されずに構造物の過熱を避け、信頼性の高い燃焼安定性を維持すると共に、低NOx燃焼性能を維持することが重要となる。   In this way, when fuel with varying hydrogen concentration contained in the fuel is used in a gas turbine combustor, overheating of the structure is avoided without being affected by variations in hydrogen concentration over a wide load range, and reliability is improved. It is important to maintain high combustion stability and low NOx combustion performance.

次に、本発明の第一の実施例であるガスタービン燃焼器の構造を説明する。図2は図1に記載したガスタービン燃焼器の概略構造を示す断面図であり、図3乃至図5は図1及び図2に記載したガスタービン燃焼器に設置された多孔同軸噴流バーナを構成する空気孔を形成した壁状部材の空気孔プレートを示す図である。また、図6は図1及び図2に記載したガスタービン燃焼器において、多孔同軸噴流バーナを構成する単一の燃料ノズルと、この単一の燃料ノズルに対応して配置され、多孔同軸噴流バーナを構成する空気孔プレートに形成した単一の空気孔との近傍における流体の流れの様態を示す拡大図である。   Next, the structure of the gas turbine combustor which is the first embodiment of the present invention will be described. 2 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the gas turbine combustor shown in FIG. 1, and FIGS. 3 to 5 show a porous coaxial jet burner installed in the gas turbine combustor shown in FIGS. It is a figure which shows the air hole plate of the wall-shaped member which formed the air hole to perform. 6 shows a gas turbine combustor described in FIGS. 1 and 2, a single fuel nozzle constituting a multi-hole coaxial jet burner, and a multi-hole coaxial jet burner arranged corresponding to the single fuel nozzle. It is an enlarged view which shows the mode of the flow of the fluid in the vicinity of the single air hole formed in the air hole plate which comprises.

ガスタービン燃焼器9は、外周側に設置された燃焼器外筒2と、燃焼器外筒2の内部に設置された燃焼器ライナー3と、この燃焼器ライナー3の下流側に接続した燃焼器尾筒4とを備えた円筒構造であり、燃焼器ライナー3の内部には石炭ガス化燃料22と燃焼用空気12を燃焼させる円筒状の燃焼室1が形成されている。また燃焼器尾筒4は、円筒形状の燃焼器ライナー3出口と扇形形状のタービン6の静翼入口の間を滑らかに連絡する部品である。   The gas turbine combustor 9 includes a combustor outer cylinder 2 installed on the outer peripheral side, a combustor liner 3 installed inside the combustor outer cylinder 2, and a combustor connected to the downstream side of the combustor liner 3. A cylindrical structure having a tail cylinder 4 is formed, and a cylindrical combustion chamber 1 for burning coal gasification fuel 22 and combustion air 12 is formed inside the combustor liner 3. The combustor tail cylinder 4 is a component that smoothly communicates between the outlet of the cylindrical combustor liner 3 and the stationary blade inlet of the fan-shaped turbine 6.

ガスタービン燃焼器9の燃焼室1内で石炭ガス化燃料22の燃焼に用いられる燃焼用空気12は、ガスタービン燃焼器9の燃焼器外筒2と燃焼器ライナー3との間の空間を通じて供給されるが、ガスタービン燃焼器9の頭部に設けた燃焼器エンドカバー8によってせき止められ、この燃焼用空気12の一部がメイン多孔同軸噴流バーナ53を構成する空気孔プレート54に形成した複数の空気孔55に供給される。   Combustion air 12 used for combustion of the coal gasification fuel 22 in the combustion chamber 1 of the gas turbine combustor 9 is supplied through a space between the combustor outer cylinder 2 and the combustor liner 3 of the gas turbine combustor 9. However, it is dammed by the combustor end cover 8 provided at the head of the gas turbine combustor 9, and a part of the combustion air 12 is formed in the air hole plate 54 constituting the main porous coaxial jet burner 53. The air hole 55 is supplied.

また、燃焼用空気12の他の一部は、燃焼器ライナー3の壁面に開口した多数の空気孔から冷却空気11として燃焼室1内に流入し、ガスタービン燃焼器9の燃焼室1で発生した高温高圧の燃焼ガス13により、燃焼器ライナー3などの構造物が過熱されないよう冷却する。   Further, another part of the combustion air 12 flows into the combustion chamber 1 as cooling air 11 from a large number of air holes opened in the wall surface of the combustor liner 3 and is generated in the combustion chamber 1 of the gas turbine combustor 9. The high-temperature and high-pressure combustion gas 13 cools the structure such as the combustor liner 3 so that it is not overheated.

ガスタービン燃焼器9に供給される石炭ガス化燃料22は、燃焼器エンドカバー8の外部からエンドカバー8内部に設けた燃料分配器57の分配流路を通ってメイン多孔同軸噴流バーナ53の各燃料ノズル56にそれぞれ配分される。   The coal gasification fuel 22 supplied to the gas turbine combustor 9 passes through the distribution flow path of the fuel distributor 57 provided inside the end cover 8 from the outside of the combustor end cover 8, and each of the main porous coaxial jet burners 53. The fuel nozzles 56 are respectively distributed.

本実施例に示す二酸化炭素回収付の石炭ガス化複合発電プラントは、石炭ガス化炉202が稼動して石炭ガス化燃料22がガスタービンプラントに供給されるようになるまでの間、外部から石炭ガス化ガス22とは別の燃料によりガスタービンプラントを起動して電力および熱エネルギを発生し、ガス化炉202を起動させる必要がある。このため、本実施例では石炭ガス化複合発電プラントの起動を担うための起動用燃料15を供給する燃料供給系統122aを持っている。   The coal gasification combined power plant with carbon dioxide recovery shown in the present embodiment is a coal gas from the outside until the coal gasification furnace 202 is operated and the coal gasification fuel 22 is supplied to the gas turbine plant. It is necessary to start the gasification furnace 202 by starting the gas turbine plant with fuel different from the gasification gas 22 to generate electric power and thermal energy. For this reason, this embodiment has a fuel supply system 122a that supplies the starting fuel 15 for starting the coal gasification combined power plant.

本実施例のガスタービン燃焼器9は、図1および図5に示すように、燃焼器軸心の中央に起動用燃料噴射ノズル51を有するパイロットバーナ50を備え、燃焼器軸心の外周側となる、パイロットバーナ50の周囲に多孔同軸噴流バーナ構造のメイン多孔同軸噴流バーナ53を5個配置した構造を採用している。   As shown in FIGS. 1 and 5, the gas turbine combustor 9 of the present embodiment includes a pilot burner 50 having an activation fuel injection nozzle 51 at the center of the combustor axis, and includes an outer peripheral side of the combustor axis. A structure in which five main porous coaxial jet burners 53 having a porous coaxial jet burner structure are arranged around the pilot burner 50 is adopted.

このため、ガス化炉202の起動前にガスタービン燃焼器9のパイロットバーナ50にパイロット燃料として起動用燃料15を供給する燃料供給系統122aが配設され、この燃料供給系統122aに起動用燃料15の流量を調節する起動用燃料パイロットバーナ燃料遮断弁104a、起動用燃料パイロットバーナ燃料圧力調整弁105a、および起動用燃料パイロットバーナ燃料流量調整弁106aがそれぞれ設置されている。   For this reason, the fuel supply system 122a for supplying the starter fuel 15 as pilot fuel to the pilot burner 50 of the gas turbine combustor 9 before the start of the gasification furnace 202 is disposed, and the starter fuel 15 is supplied to the fuel supply system 122a. A starting fuel pilot burner fuel cutoff valve 104a, a starting fuel pilot burner fuel pressure adjustment valve 105a, and a starting fuel pilot burner fuel flow rate adjustment valve 106a are installed.

また、パイロットバーナにも多孔同軸噴流バーナ構造を採用すればより低NOx燃焼が可能なガスタービン燃焼器が構成できる。本実施例ではパイロットバーナ50にも石炭ガス化燃料22が供給できるよう構成されており、ガス化炉202が稼動した後は、パイロットバーナ50も石炭ガス化燃料22により運用される。このため、ガス化炉202の起動後に、ガスタービン燃焼器9に設置されたパイロットバーナ50にパイロット燃料として石炭ガス化燃料22を供給する燃料供給系統122bが配設されており、この燃料供給系統122bに石炭ガス化燃料22の流量を調節する石炭ガス化燃料パイロットバーナ燃料遮断弁104b、石炭ガス化燃料パイロットバーナ燃料圧力調整弁105b、および石炭ガス化燃料パイロットバーナ燃料流量調整弁106bがそれぞれ設置されている。   Further, if a multi-hole coaxial jet burner structure is adopted for the pilot burner, a gas turbine combustor capable of performing lower NOx combustion can be configured. In this embodiment, the coal gasification fuel 22 is also supplied to the pilot burner 50, and after the gasification furnace 202 is operated, the pilot burner 50 is also operated by the coal gasification fuel 22. For this reason, after the gasification furnace 202 is started, a fuel supply system 122b for supplying the coal gasification fuel 22 as pilot fuel to the pilot burner 50 installed in the gas turbine combustor 9 is provided. A coal gasification fuel pilot burner fuel shut-off valve 104b, a coal gasification fuel pilot burner fuel pressure adjustment valve 105b, and a coal gasification fuel pilot burner fuel flow adjustment valve 106b are installed in 122b, respectively, for adjusting the flow rate of the coal gasification fuel 22. Has been.

ガスタービン燃焼器9に設置された複数個の各メイン多孔同軸噴流バーナ53には、その内周側に設けられた第1の同軸噴流バーナ部53aに燃料として石炭ガス化燃料22を供給する燃料供給系統123aが配設され、この燃料供給系統123aに、石炭ガス化燃料22の流量を調節する内周側メイン燃料圧力調整弁107a及び内周側メイン燃料流量調整弁108aがそれぞれ設置されている。   Each of the plurality of main perforated coaxial jet burners 53 installed in the gas turbine combustor 9 is a fuel that supplies coal gasification fuel 22 as fuel to the first coaxial jet burner portion 53a provided on the inner peripheral side thereof. A supply system 123a is provided, and an inner peripheral main fuel pressure adjustment valve 107a and an inner peripheral main fuel flow adjustment valve 108a for adjusting the flow rate of the coal gasification fuel 22 are respectively installed in the fuel supply system 123a. .

また、ガスタービン燃焼器9に設置された複数個の各メイン多孔同軸噴流バーナ53には、その外周側(第1の同軸噴流バーナ部53aの外周側)に設けられた第2の同軸噴流バーナ部53bに燃料として石炭ガス化燃料22を供給する燃料供給系統123bが配設され、この燃料供給系統123bに、石炭ガス化燃料22の流量を調節する外周側メイン燃料圧力調整弁107b及び外周側メイン燃料流量調整弁108bがそれぞれ設置されている。尚、図1では、図の簡略化のため、一つのメイン多孔同軸噴流バーナ53に石炭ガス化燃料22を供給する燃料供給系統123a,123bを図示している。   Further, each of the plurality of main porous coaxial jet burners 53 installed in the gas turbine combustor 9 has a second coaxial jet burner provided on the outer peripheral side (the outer peripheral side of the first coaxial jet burner portion 53a). A fuel supply system 123b for supplying the coal gasification fuel 22 as fuel is disposed in the section 53b. The fuel supply system 123b includes an outer peripheral main fuel pressure adjustment valve 107b for adjusting the flow rate of the coal gasification fuel 22, and an outer peripheral side. A main fuel flow rate adjusting valve 108b is installed. In FIG. 1, fuel supply systems 123 a and 123 b for supplying the coal gasification fuel 22 to one main perforated coaxial jet burner 53 are illustrated for simplification of the drawing.

メイン多孔同軸噴流バーナ53を構成する多孔同軸噴流バーナは多数の燃料・空気の同軸噴流を形成するバーナであり、かつ燃料と空気の混合の度合いを、メイン多孔同軸噴流バーナ53を構成する空気ノズルの形状および燃料ノズルの形状で調整することができる。   The porous coaxial jet burner constituting the main porous coaxial jet burner 53 is a burner that forms a large number of fuel / air coaxial jets, and the degree of mixing of the fuel and air is determined by the air nozzle constituting the main porous coaxial jet burner 53. And the shape of the fuel nozzle can be adjusted.

また、各メイン多孔同軸噴流バーナ53の保炎能力は、各メイン多孔同軸噴流バーナ53の内周側に設置した第1の同軸噴流バーナ部53aの同軸噴流の混合と噴出方向で調整することができるので、第1の同軸噴流バーナ部53aの同軸噴流に保炎の機能を担わせることができる。   Further, the flame holding ability of each main porous coaxial jet burner 53 can be adjusted by mixing and jetting direction of the coaxial jet of the first coaxial jet burner portion 53a installed on the inner peripheral side of each main porous coaxial jet burner 53. Therefore, the coaxial jet of the first coaxial jet burner portion 53a can have a flame holding function.

また、保炎の機能を強化するように各メイン多孔同軸噴流バーナ53の内周側にある第1の同軸噴流バーナ部53aによって燃料と空気の混合を調整することで、燃焼室1内にて可燃範囲の混合気が形成される位置を、各メイン多孔同軸噴流バーナ53の構造物からガスタービン燃焼器9の燃焼室の下流方向に離れた位置に設計することが可能であり、外周側の同軸ノズルについては火炎接近に対する裕度を大きく取ることができる。   Further, in the combustion chamber 1, the mixing of fuel and air is adjusted by the first coaxial jet burner portion 53 a on the inner peripheral side of each main porous coaxial jet burner 53 so as to enhance the flame holding function. The position where the combustible air-fuel mixture is formed can be designed at a position away from the structure of each main perforated coaxial jet burner 53 in the downstream direction of the combustion chamber of the gas turbine combustor 9. For the coaxial nozzle, a large margin for the flame approach can be taken.

そこで本実施例のガスタービン燃焼器9においては、メインバーナを構成するメイン多孔同軸噴流バーナ53において、内周側に設置した第1の同軸噴流バーナ部53aと、外周側に設置した第2の同軸噴流バーナ部53bには独立に石炭ガス化燃料22が供給されるように燃料系統を燃料供給系統123aと燃料供給系統123bとに分割しており、燃料供給系統123aと燃料供給系統123bに供給する燃料の配分と各燃料の流量が調整できるように構成している。燃料供給系統123aと燃料供給系統123bに供給する燃料の配分と各燃料の流量が調整は、例えば、特許文献1に記載のように行う。   Therefore, in the gas turbine combustor 9 of the present embodiment, in the main porous coaxial jet burner 53 constituting the main burner, the first coaxial jet burner portion 53a installed on the inner peripheral side and the second coaxial jet burner portion 53a installed on the outer peripheral side. The fuel system is divided into a fuel supply system 123a and a fuel supply system 123b so that the coal gasification fuel 22 is supplied independently to the coaxial jet burner 53b, and the fuel supply system 123a and the fuel supply system 123b are supplied. The fuel distribution and the flow rate of each fuel can be adjusted. The distribution of the fuel supplied to the fuel supply system 123a and the fuel supply system 123b and the adjustment of the flow rate of each fuel are adjusted as described in Patent Document 1, for example.

メイン多孔同軸噴流バーナ53に供給される石炭ガス化燃料22の一部は、燃料供給系統123aを通じてガスタービン燃焼器9の燃焼器エンドカバー8の取り合い口に導かれる。また、石炭ガス化燃料22の他の一部は、燃料供給系統123bを通じてガスタービン燃焼器9の燃焼器エンドカバー8の取り合い口に導かれる。そして導かれた各石炭ガス化燃料22は、図2に示すようにエンドカバー8の内部の流路を通過し、燃料分配器57の外周側空間からメイン多孔同軸噴流バーナ53を構成する燃料ノズル56を通って空気孔プレート54に開口した空気孔55に向かって噴出し、空気と同軸の噴流となってメイン多孔同軸噴流バーナ53からガスタービン燃焼器9の燃焼室1に噴出して燃焼する。   A part of the coal gasification fuel 22 supplied to the main perforated coaxial jet burner 53 is guided to the joint of the combustor end cover 8 of the gas turbine combustor 9 through the fuel supply system 123a. Further, the other part of the coal gasified fuel 22 is led to the connection port of the combustor end cover 8 of the gas turbine combustor 9 through the fuel supply system 123b. Each coal gasified fuel 22 thus guided passes through the flow path inside the end cover 8 as shown in FIG. 2, and the fuel nozzle constituting the main porous coaxial jet burner 53 from the outer peripheral side space of the fuel distributor 57. 56 is jetted toward the air hole 55 opened in the air hole plate 54, and is jetted coaxially with the air from the main porous coaxial jet burner 53 into the combustion chamber 1 of the gas turbine combustor 9 for combustion. .

図6は、ガスタービン燃焼器9に設置されたメイン多孔同軸噴流バーナ53を構成する多数の同軸噴流バーナのうち、1つの同軸噴流バーナを構成する単一の燃料ノズル56の先端部と、空気孔プレート54の空気孔55とを拡大して示した概略図である。同軸噴流バーナとは、燃料の流路と、空気などの酸化剤の流路を、略同じ方向に噴出するように略同心円状に配置したバーナである。   FIG. 6 shows the tip of a single fuel nozzle 56 constituting one coaxial jet burner among a large number of coaxial jet burners constituting the main porous coaxial jet burner 53 installed in the gas turbine combustor 9, and air It is the schematic which expanded and showed the air hole 55 of the hole plate 54. FIG. A coaxial jet burner is a burner in which a fuel flow path and a flow path of an oxidant such as air are arranged substantially concentrically so as to jet in substantially the same direction.

図6に示す同軸噴流バーナでは、空気孔プレート54が、メイン多孔同軸噴流バーナ53を構成する1つの燃料ノズル56と燃焼室1との間に配置されている。燃料ノズル56は空気孔プレート54に形成した空気孔55の上流側に空気孔55と略同軸上に配置されて、燃料ノズル56から噴出した石炭ガス化燃料22が空気孔55の中心部に流入するように構成されている。また、空気孔プレート54の上流側には、燃焼用空気12が引き込まれ、空気孔プレート54の上流側から供給される燃焼用空気12も、燃料ノズル56の外周側から空気孔プレート54の空気孔55に流入する。この時、燃焼用空気12は、空気孔プレート54の上流側に形成された広い空間から、空気孔プレート54に形成した狭い空間の空気孔55に流入する。   In the coaxial jet burner shown in FIG. 6, the air hole plate 54 is disposed between one fuel nozzle 56 constituting the main porous coaxial jet burner 53 and the combustion chamber 1. The fuel nozzle 56 is disposed substantially coaxially with the air hole 55 on the upstream side of the air hole 55 formed in the air hole plate 54, and the coal gasified fuel 22 ejected from the fuel nozzle 56 flows into the center of the air hole 55. Is configured to do. Further, the combustion air 12 is drawn into the upstream side of the air hole plate 54, and the combustion air 12 supplied from the upstream side of the air hole plate 54 is also air from the outer peripheral side of the fuel nozzle 56. It flows into the hole 55. At this time, the combustion air 12 flows from a wide space formed on the upstream side of the air hole plate 54 into an air hole 55 in a narrow space formed in the air hole plate 54.

そのため、空気孔55の内部には、燃料流及び燃料流の外周側に形成された環状の空気流が、燃料ノズル56の下流に生じる後流渦や空気孔入口での燃焼用空気12の急収縮による剥離渦などの細かい乱れ構造を含んで流下する同軸噴流が形成されることになる。   Therefore, in the air hole 55, the fuel flow and the annular air flow formed on the outer peripheral side of the fuel flow cause the vortex generated downstream of the fuel nozzle 56 and the combustion air 12 at the inlet of the air hole to abruptly flow. A coaxial jet that flows down including a fine turbulent structure such as a separation vortex due to contraction is formed.

空気孔プレート54の空気孔55を通過した燃料流及び空気流は、空気孔55より広い空間の燃焼室1に一気に噴出し、空気孔55の狭い空間で限定されていた渦が大きく拡大して崩壊するにつれて、燃焼室1において燃料流と空気流が急速に混合して、図2に示すように混合気42が形成される。   The fuel flow and the air flow that have passed through the air hole 55 of the air hole plate 54 are ejected at once into the combustion chamber 1 in a space larger than the air hole 55, and the vortex limited in the narrow space of the air hole 55 is greatly expanded. As it collapses, the fuel flow and air flow rapidly mix in the combustion chamber 1 to form an air-fuel mixture 42 as shown in FIG.

このように、空気孔プレート54に複数の燃料ノズル56と同軸の複数の空気孔55をそれぞれ配置し、空気孔55の上流側に燃料ノズル56を配置する構成にすると、燃焼室1に流入した燃料は急速に分散するため、燃料と空気の混合度が増加し、短距離で急速に混合できる。   As described above, when the plurality of air holes 55 coaxial with the plurality of fuel nozzles 56 are arranged in the air hole plate 54 and the fuel nozzle 56 is arranged on the upstream side of the air holes 55, the air flows into the combustion chamber 1. Since fuel disperses rapidly, the degree of mixing of fuel and air increases, allowing rapid mixing over short distances.

このような構成のメイン多孔同軸噴流バーナ53においては、同軸噴流バーナを構成する空気孔55の内部において燃料流が中心部を流れ、燃料流の周囲を空気流が流れているため、燃料ノズル56のごく近傍では可燃範囲の混合気が形成されない。また、空気孔55の内部と燃焼室1に流入した直後の非常に狭い領域で混合が進行するため、空気孔プレート54の近傍に火炎が接近しにくく、ガスタービン燃焼器9は信頼性が高い特徴を持つ。   In the main perforated coaxial jet burner 53 having such a configuration, the fuel flow flows through the center of the air hole 55 constituting the coaxial jet burner, and the air flow flows around the fuel flow. In the very vicinity, a mixture in the combustible range is not formed. Further, since mixing proceeds in the air hole 55 and in a very narrow region immediately after flowing into the combustion chamber 1, the flame is difficult to approach the vicinity of the air hole plate 54, and the gas turbine combustor 9 has high reliability. Has characteristics.

次に本実施例のガスタービン燃焼器9に5個設置したメイン多孔同軸噴流バーナ53の一つを抽出して、図7及び図3、図4、図5を用いて燃料流及び空気流の流れの状況を説明する。   Next, one of the five main perforated coaxial jet burners 53 installed in the gas turbine combustor 9 of the present embodiment is extracted, and the fuel flow and air flow are extracted using FIGS. 7, 3, 4, and 5. Explain the flow situation.

図5は空気孔プレート54を燃焼室1側から見た図、図3は図5に示した空気孔プレート54の一点鎖線で囲んだメイン多孔同軸噴流バーナ53の一つを、空気孔プレート54の燃料ノズル側平面に対して垂直方向に切断した断面図、図4は図5に示した空気孔プレート54のうち一点鎖線で囲んだメイン多孔同軸噴流バーナ53の一つに注目して抜き出した図を示す。図4に網掛けを施した領域は空気孔プレート54の燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて傾斜角α0を持って燃焼室側に突出するような傾斜面となっている部分であり、左下がり斜線でハッチングを施した領域はバーナ中央部が燃焼室から傾斜角α1を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいる部分である。   5 is a view of the air hole plate 54 as viewed from the combustion chamber 1 side, and FIG. 3 is a view of one of the main porous coaxial jet burners 53 surrounded by the one-dot chain line of the air hole plate 54 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view cut in a direction perpendicular to the fuel nozzle side plane, and FIG. 4 is extracted with attention paid to one of the main perforated coaxial jet burners 53 surrounded by a one-dot chain line in the air hole plate 54 shown in FIG. The figure is shown. The shaded area in FIG. 4 is a portion where the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 has an inclined surface that protrudes toward the combustion chamber side with an inclination angle α0 from the outer peripheral side toward the central portion. There is a hatched area with a downward slanting oblique line, which is a portion that is recessed in a concave shape so that the center of the burner moves away from the combustion chamber with an inclination angle α1.

また図5には、燃料ノズル側の空気孔プレート54の下流で外側に位置する燃焼器ライナー3の位置を破線で示す。また図7は、図5に示した空気孔プレート54の一点鎖線で囲んだメイン多孔同軸噴流バーナ53の一つについて、燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図である。   Further, in FIG. 5, the position of the combustor liner 3 positioned on the outer side downstream of the air hole plate 54 on the fuel nozzle side is indicated by a broken line. FIG. 7 shows a fuel nozzle, a fluid jetted from the air hole to the combustion chamber, and a combustion gas in the combustion chamber for one of the main porous coaxial jet burners 53 surrounded by the one-dot chain line of the air hole plate 54 shown in FIG. FIG.

図7に示す本実施例のメイン多孔同軸噴流バーナ53の同軸噴流バーナを構成する燃料ノズル56と空気孔55との位置関係において、メイン多孔同軸噴流バーナ53の内周側に設置した第1の同軸噴流バーナ部53aとなるバーナ最内周空気孔55−1の中心軸は、バーナ中心軸に対して空気孔を配置したピッチ円の円周方向に傾斜している。図4は第1の同軸噴流バーナ部53aとなるバーナ最内周空気孔55−1の一つの中心軸に沿って、空気孔プレート54を切断した部分断面図である。図4に示すように第1の同軸噴流バーナ部53aとなるバーナ最内周空気孔55−1の中心軸は、バーナ中心軸に対して空気孔を配置したピッチ円の円周方向に傾斜しているので、第1の同軸噴流バーナ部53aとなる最内周空気孔55−1から噴出する内周燃料の燃料流41−1及び空気流は、最内周空気孔55−1の中心軸に沿って空気孔を配置したピッチ円の接線方向の旋回成分を持って燃焼室1に噴射され、前述の機構により急速に混合されて混合気42−1となる。   In the positional relationship between the fuel nozzle 56 and the air hole 55 constituting the coaxial jet burner of the main porous coaxial jet burner 53 of the present embodiment shown in FIG. 7, a first installed on the inner peripheral side of the main porous coaxial jet burner 53. The central axis of the burner innermost peripheral air hole 55-1 serving as the coaxial jet burner portion 53a is inclined in the circumferential direction of the pitch circle in which the air hole is disposed with respect to the burner central axis. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the air hole plate 54 cut along one central axis of the burner innermost peripheral air hole 55-1 serving as the first coaxial jet burner portion 53a. As shown in FIG. 4, the central axis of the burner innermost peripheral air hole 55-1 serving as the first coaxial jet burner portion 53a is inclined in the circumferential direction of the pitch circle in which the air hole is arranged with respect to the burner central axis. Therefore, the fuel flow 41-1 and the air flow of the inner peripheral fuel ejected from the innermost peripheral air hole 55-1 serving as the first coaxial jet burner portion 53a are the central axis of the innermost peripheral air hole 55-1. Is injected into the combustion chamber 1 with a swirling component in the tangential direction of the pitch circle in which air holes are arranged, and is rapidly mixed by the above-described mechanism to become an air-fuel mixture 42-1.

第1の同軸噴流バーナ部53aとなる最内周空気孔55−1は、図4に示すように円周方向に傾斜した旋回角θを持っているため、最内周空気孔55−1から噴射された混合気42−1は、燃焼室1の内部で螺旋状に旋回しながら下流側へ流れる旋回流46となり、燃焼室1内部で旋回直径を拡大しながら下流側に流出する。   Since the innermost peripheral air hole 55-1 serving as the first coaxial jet burner portion 53a has a turning angle θ inclined in the circumferential direction as shown in FIG. The injected air-fuel mixture 42-1 turns into a swirl flow 46 that flows downstream while spirally swirling inside the combustion chamber 1, and flows out downstream while expanding the swirl diameter inside the combustion chamber 1.

このように拡大しながら流下する旋回流は、旋回の中心軸上に逆方向の圧力勾配を誘導するので、図7に示すように、旋回流の中で火炎45内の反応により生じた燃焼ガス44の一部は循環ガス43として、バーナ中心の近傍に生じる淀み領域49に向けて循環し、最内周空気孔55−1から流入する混合気42−1に対して活性化エネルギを与えることで燃焼反応を維持する着火源として機能する。これにより燃焼室1内部に安定な円錐状の定常火炎45が形成される。   The swirling flow that flows down while expanding in this way induces a pressure gradient in the opposite direction on the central axis of the swirling, so that the combustion gas generated by the reaction in the flame 45 in the swirling flow as shown in FIG. A part of 44 circulates as a circulating gas 43 toward a stagnation region 49 generated in the vicinity of the center of the burner, and gives activation energy to the air-fuel mixture 42-1 flowing from the innermost peripheral air hole 55-1. It functions as an ignition source that maintains the combustion reaction. As a result, a stable conical steady flame 45 is formed inside the combustion chamber 1.

図7に示す本実施例のガスタービン燃焼器9に設置したメイン多孔同軸噴流バーナ53の空気孔プレート54は、図3に示すように燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて傾斜角α0を持って燃焼室側に突き出すような構造を持っている。空気孔55の出口近傍では、高速で空気孔55を流下した燃料及び空気が急に広い空間に噴出して空気孔壁面の拘束を受けなくなるため、後流48と呼ばれる流速の低い渦が空気孔プレート54の燃焼室側表面の法線方向65に成長する。本実施例では、空気孔プレート54の燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて傾斜角α0を持って燃焼室側に突き出しているため、外周側の第2の空気孔55−2を流下した燃料及び空気が、空気孔プレート54の燃焼室側表面の後流48が成長しようとする空間に対して角度を持って侵入してくる構造となっている。このため、空気孔プレート54の燃焼室側表面近傍に発生する後流48は大きく成長することができない。空気孔プレート54の表面に大きな低流速の渦が存在すると、石炭ガス化燃料22のように水素を含む燃料の場合には後流48に火炎が保持されて、空気孔プレート54が過熱する危険が生じる。本実施例では空気孔プレート54の燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて傾斜角α0を持って燃焼室側に突き出していることで後流48の成長を抑制し、後流48に火炎が付着する危険を低減することができる。   The air hole plate 54 of the main porous coaxial jet burner 53 installed in the gas turbine combustor 9 of the present embodiment shown in FIG. 7 has an inclination angle with the surface on the combustion chamber side from the outer peripheral side toward the center as shown in FIG. It has a structure that protrudes toward the combustion chamber with α0. In the vicinity of the outlet of the air hole 55, the fuel and air that have flowed down the air hole 55 at high speed suddenly jet into a wide space and are not restrained by the wall surface of the air hole. The plate 54 grows in the normal direction 65 of the combustion chamber side surface. In the present embodiment, since the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 protrudes toward the combustion chamber side with an inclination angle α0 from the outer peripheral side toward the central portion, the second air hole 55-2 on the outer peripheral side is formed. The fuel and air that has flowed down are structured to enter at an angle with respect to the space in which the wake 48 on the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 is to grow. For this reason, the wake 48 generated near the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 cannot grow greatly. If a large low flow velocity vortex exists on the surface of the air hole plate 54, in the case of a fuel containing hydrogen such as the coal gasified fuel 22, a flame is held in the wake 48 and the air hole plate 54 may overheat. Occurs. In this embodiment, the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 protrudes toward the combustion chamber side with an inclination angle α0 from the outer peripheral side toward the central portion, so that the growth of the wake 48 is suppressed. It is possible to reduce the risk of the flame being attached.

また、空気孔プレート54の燃焼室側の表面が平面状であれば後流が成長し空気孔プレート外周領域と空気孔プレート54中央の淀み領域49との間には、後流による圧力回復点が多数存在することになり、空気孔プレート外周部の空気は後流48に攪拌されるのみである。しかし、空気孔プレート54の燃焼室側表面を突出させることで前述のように後流の成長が抑制されるので、空気孔プレート外周から中央の淀み領域49に向かう順圧力勾配が生まれ、図7に示すように淀み点に向けて周囲の気体が巻き込まれる随伴流40が生じるため、空気孔出口の後流48に火炎が付着しにくくなる。   Further, if the surface of the air hole plate 54 on the combustion chamber side is flat, a wake grows, and a pressure recovery point due to the wake flows between the air hole plate outer peripheral region and the stagnation region 49 at the center of the air hole plate 54. Therefore, the air around the air hole plate is only stirred by the wake 48. However, by causing the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 to protrude, growth of the wake is suppressed as described above, so that a forward pressure gradient from the outer periphery of the air hole plate toward the central stagnation region 49 is created. As shown in FIG. 2, since the accompanying flow 40 in which the surrounding gas is entrained toward the stagnation point is generated, it becomes difficult for the flame to adhere to the wake 48 of the air hole outlet.

しかしながら、空気孔プレート54の燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて傾斜角α0を持って燃焼室側に突き出しているのみでは、バーナ中心近傍の淀み領域49にむけて空気孔プレート54の中央部が突出し、常に高温の燃焼ガス44である循環ガス43にさらされると共に、より高温である定常火炎45に包み込まれる状態となる。石炭ガス化燃料22のように水素を含む燃料の場合には、燃焼ガス44及び定常火炎45における水蒸気濃度が他の燃料に比較して大きい。水蒸気は輻射率が高い気体であるため、高温の定常火炎45に包み込まれる状態となると空気孔プレート54中央部は輻射により過熱される危険が高い。そこで、本実施例では、図3に示すように、バーナの中央部は燃焼室から傾斜角α1を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいる構造を持つことで、バーナ中央部が定常火炎45に包み込まれる危険を回避するようにしている。   However, if the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 only protrudes toward the combustion chamber side with an inclination angle α0 from the outer peripheral side toward the central part, the air hole plate 54 faces the stagnation region 49 near the burner center. The central portion of the gas is protruded, is always exposed to the circulating gas 43 which is the high-temperature combustion gas 44, and is encased in the steady flame 45 having a higher temperature. In the case of a fuel containing hydrogen such as the coal gasification fuel 22, the water vapor concentration in the combustion gas 44 and the steady flame 45 is higher than that of other fuels. Since water vapor is a gas with a high emissivity, the central portion of the air hole plate 54 is at a high risk of being overheated by radiation when it is encased in the high temperature steady flame 45. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the burner central portion has a structure that is recessed in a concave shape so as to move away from the combustion chamber with an inclination angle α 1, so that the burner central portion has a steady flame 45. I try to avoid the danger of being enveloped.

さらにバーナの中央部は燃焼室から傾斜角α1を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいることにより、バーナ中央部の表面から定常火炎45を見る角度が縮小するため、輻射によりバーナ中央部に流入する熱流束を抑制することができるので、バーナ中央部が過熱される危険はさらに低下する。   Furthermore, since the central portion of the burner is recessed in a concave shape so as to move away from the combustion chamber with an inclination angle α1, the angle at which the stationary flame 45 is viewed from the surface of the central portion of the burner is reduced, so that the central portion of the burner is irradiated by radiation. Since the inflowing heat flux can be suppressed, the risk of overheating of the burner center is further reduced.

一方、メイン多孔同軸噴流バーナ53の外周側には第1の同軸噴流バーナ部53aの外周側に設置した第2の同軸噴流バーナ部53bとなる、1列の外周側空気孔55−2が配置されている。この外周側空気孔55−2は空気孔中心軸がバーナ中心軸と平行になっている。従って、第2の同軸噴流バーナ部53bとなる外周側空気孔55−2から噴出する外周燃料の燃料流41−2及び空気流はバーナ中心軸に平行に燃焼室1に噴射され、前述の機構により急速に混合されて混合気42−2となり、燃焼室内を直進して円錐状に広がる火炎45に合流する。   On the other hand, on the outer peripheral side of the main porous coaxial jet burner 53, a row of outer peripheral air holes 55-2 serving as the second coaxial jet burner portion 53b installed on the outer peripheral side of the first coaxial jet burner portion 53a is arranged. Has been. The air hole central axis of the outer peripheral side air hole 55-2 is parallel to the burner central axis. Accordingly, the fuel flow 41-2 and the air flow of the outer peripheral fuel ejected from the outer peripheral air hole 55-2 serving as the second coaxial jet burner portion 53b are injected into the combustion chamber 1 in parallel to the burner central axis, and the above-described mechanism. Thus, the mixture is rapidly mixed to become the air-fuel mixture 42-2, and merges with the flame 45 that goes straight in the combustion chamber and spreads conically.

この合流する位置において第1の同軸噴流バーナ部53aとなる最内周空気孔55−1から噴出した混合気42−1の燃焼によって生じた燃焼ガス44から活性化エネルギを付与されて燃焼反応を開始し、混合気42−2内部に火炎45が伝播する。   At this joining position, activation energy is applied from the combustion gas 44 generated by the combustion of the air-fuel mixture 42-1 ejected from the innermost peripheral air hole 55-1 serving as the first coaxial jet burner 53a, and the combustion reaction is performed. The flame 45 propagates inside the gas mixture 42-2.

このように第2の同軸噴流バーナ部53bとなる外周側空気孔55−2からの混合気42−2は最内周空気孔55−1からの混合気42−1の燃焼反応により生じる燃焼ガス44を着火源としているため、燃焼反応の開始位置が空気孔プレート54から下流側になり、より混合の進んだ状態で燃焼するので、より均一で低NOx燃焼が可能となる。   As described above, the air-fuel mixture 42-2 from the outer peripheral air hole 55-2 serving as the second coaxial jet burner 53b is a combustion gas generated by the combustion reaction of the air-fuel mixture 42-1 from the innermost air hole 55-1. Since 44 is used as the ignition source, the start position of the combustion reaction is downstream from the air hole plate 54, and combustion is performed in a more advanced state of mixing, so that more uniform and low NOx combustion is possible.

なお、本実施例のガスタービン燃焼器9に示す空気孔プレート54に形成した空気孔55は円形断面を持つ空気孔のみであるが、空気孔は、円形以外の形状(例えば矩形スロット)でも成立する。   In addition, although the air hole 55 formed in the air hole plate 54 shown in the gas turbine combustor 9 of the present embodiment is only an air hole having a circular cross section, the air hole may be formed in a shape other than a circular shape (for example, a rectangular slot). To do.

本実施例によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に使用する場合に、広範な負荷範囲にわたって水素濃度の変動に影響されずに構造物の過熱を避け信頼性の高い燃焼安定性を維持すると共に、低NOx燃焼性能を発揮し得る、ガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the present embodiment, when a fuel with varying hydrogen concentration contained in the fuel is used in a gas turbine combustor, it is reliable to avoid overheating of the structure without being affected by variations in the hydrogen concentration over a wide load range. It is possible to achieve a gas turbine combustor that maintains high combustion stability and can exhibit low NOx combustion performance.

本発明の第二の実施例であるガスタービン燃焼器について説明する。本発明の第二の実施例であるガスタービン燃焼器を有するガスタービンプラントもまた、第一の実施例と同様の石炭ガス化複合発電プラントであり、プラントの構成及び運用方法は第一の実施例と同様である。   A gas turbine combustor which is a second embodiment of the present invention will be described. The gas turbine plant having the gas turbine combustor according to the second embodiment of the present invention is also a coal gasification combined power plant similar to the first embodiment, and the configuration and operation method of the plant is the first implementation. Similar to the example.

第2の実施例は、特に、バーナ中央部の過熱をより確実に避けることができるようにするため、バーナ中央部近傍に生じる淀み領域に向けて循環する燃焼ガスの一部である循環ガスをバーナから遠ざけるように燃焼室下流側に押し戻す構造(以下、循環ガス押し戻し構造と称する)を有することを主な特徴とする。   In the second embodiment, in particular, in order to more reliably avoid overheating of the burner central portion, the circulating gas that is a part of the combustion gas circulated toward the stagnation region generated in the vicinity of the burner central portion is used. The main feature is that it has a structure for pushing back to the downstream side of the combustion chamber so as to be away from the burner (hereinafter referred to as a circulating gas push-back structure).

図8は本発明の第二の実施例であるガスタービン燃焼器の概略構造を示す断面図であり、図9乃至図11は図8に記載したガスタービン燃焼器に設置された多孔同軸噴流バーナを構成する空気孔を形成した壁状部材の空気孔プレートを示す図である。図11は空気孔プレート54を燃焼室1側から見た図、図9は図11に示した空気孔プレート54の一点鎖線で囲んだメイン多孔同軸噴流バーナ53の一つを、燃焼ノズル側プレート面に対して垂直方向に切断した断面図、図10は図11に示した空気孔プレート54のうち一点鎖線で囲んだメイン多孔同軸噴流バーナ53の一つに注目して抜き出した図を示す。図10の網掛けを施した領域は空気孔プレート54の燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて傾斜角α0を持って燃焼室側に突出するような傾斜面となっている部分であり、左下がり斜線でハッチングを施した領域はバーナ中央部が燃焼室から傾斜角α1を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいる部分である。   FIG. 8 is a sectional view showing a schematic structure of a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention. FIGS. 9 to 11 are perforated coaxial jet burners installed in the gas turbine combustor shown in FIG. It is a figure which shows the air hole plate of the wall-shaped member in which the air hole which comprises was formed. 11 is a view of the air hole plate 54 as viewed from the combustion chamber 1 side, and FIG. 9 is a view of one of the main porous coaxial jet burners 53 surrounded by the one-dot chain line of the air hole plate 54 shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view cut in a direction perpendicular to the surface, and FIG. 10 shows a drawing extracted by paying attention to one of the main porous coaxial jet burners 53 surrounded by a one-dot chain line in the air hole plate 54 shown in FIG. The shaded region in FIG. 10 is a portion where the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 has an inclined surface projecting toward the combustion chamber side with an inclination angle α0 from the outer peripheral side toward the central portion. There is a hatched area with a downward slanting oblique line, which is a portion that is recessed in a concave shape so that the center of the burner moves away from the combustion chamber with an inclination angle α1.

また図11には、燃料ノズル側の空気孔プレート54の下流で外側に位置する燃焼器ライナー3の位置を破線で示す。また図12は、図11に示した空気孔プレート54の一点鎖線で囲んだメイン多孔同軸噴流バーナ53の一つについて、燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れを示す状況図である。   Further, in FIG. 11, the position of the combustor liner 3 positioned on the outer side downstream of the air hole plate 54 on the fuel nozzle side is indicated by a broken line. Further, FIG. 12 shows a fuel nozzle, a fluid jetted from the air hole to the combustion chamber, and a combustion gas in the combustion chamber for one of the main porous coaxial jet burners 53 surrounded by the one-dot chain line of the air hole plate 54 shown in FIG. FIG.

まず図8に示す第二の実施例のガスタービン燃焼器のメインバーナ53は、図9乃至図11に示すように、メインバーナ中央部の燃焼室から傾斜角α1を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいる領域に空気のみを噴出する冷却空気孔58を持っていることが第一の実施例と異なる。即ち、この冷却空気孔58が、循環ガス押し戻し構造としての機能を有する。このようにバーナ中央部の窪んだ領域に空気のみを噴出する冷却空気孔58が開口していると、図12に示すようにバーナ中央近傍に生じる淀み領域49に向けて冷却空気11が噴出し、第1の同軸噴流バーナ部53aに対して着火源となる循環ガス43を空気孔プレート54から遠ざけるよう押し戻すと共に、循環ガス43を希釈して温度を低下させる。この効果により、第1の同軸噴流バーナ部53aから噴出する燃料と空気の混合気が着火する位置は、燃焼器軸方向下流側に移動し、空気孔プレート54と定常火炎45の軸方向距離がより大きくなるため、空気孔プレート54の過熱を避ける上でより有効である。尚、冷却空気孔は複数でも良い。   First, as shown in FIGS. 9 to 11, the main burner 53 of the gas turbine combustor of the second embodiment shown in FIG. 8 has a concave shape so as to be away from the combustion chamber at the center of the main burner with an inclination angle α1. It differs from the first embodiment in that it has a cooling air hole 58 through which only air is ejected in a region that is recessed. That is, the cooling air hole 58 functions as a circulating gas push-back structure. When the cooling air hole 58 for ejecting only air is opened in the recessed area in the center of the burner in this way, the cooling air 11 is ejected toward the stagnation area 49 generated near the center of the burner as shown in FIG. The circulating gas 43 as an ignition source is pushed back from the air hole plate 54 to the first coaxial jet burner 53a, and the circulating gas 43 is diluted to lower the temperature. Due to this effect, the position where the mixture of fuel and air ejected from the first coaxial jet burner 53a ignites moves downstream in the combustor axial direction, and the axial distance between the air hole plate 54 and the steady flame 45 becomes smaller. Since it becomes larger, it is more effective in avoiding overheating of the air hole plate 54. A plurality of cooling air holes may be used.

次に本実施例ではメインバーナ53においては図9乃至図11に示すように、第1の同軸噴流バーナ部53aの外周側に第2及び第3の同軸噴流バーナ部となる、2列の外周側空気孔55−2及び55−3が配置されている。   Next, in this embodiment, in the main burner 53, as shown in FIGS. 9 to 11, two rows of outer peripheries become the second and third coaxial jet burner portions on the outer peripheral side of the first coaxial jet burner portion 53a. Side air holes 55-2 and 55-3 are arranged.

図9に示すように第2の外周側空気孔の入口ピッチ円直径61−2および出口ピッチ円直径63−2は第1の空気孔の入口ピッチ円直径61−1および出口ピッチ円直径63−1よりも大きく、より大きい円周を持つ。第3の空気孔列に関しては第2の空気孔列に比較してさらに大きくなるため、配置できる空気孔の数はさらに増加する。実際に本実施例においては、第1の空気孔列には4個の同軸噴流バーナのみが配置されているが、第2列には8個、第3列には12個の同軸噴流バーナが配置されている。   As shown in FIG. 9, the inlet pitch circle diameter 61-2 and the outlet pitch circle diameter 63-2 of the second outer peripheral air hole are the inlet pitch circle diameter 61-1 and the outlet pitch circle diameter 63- of the first air hole. Greater than 1 and has a larger circumference. Since the third air hole array is larger than the second air hole array, the number of air holes that can be arranged further increases. Actually, in the present embodiment, only four coaxial jet burners are arranged in the first air hole row, but eight coaxial jet burners are arranged in the second row and 12 coaxial jet burners in the third row. Has been placed.

第一の実施例と同様に、外周側空気孔55−2及び55−3からの混合気42−2及び42−3は最内周空気孔55−1からの混合気42−1の燃焼反応により生じる燃焼ガス44が着火源となるため、燃焼反応の開始位置が空気孔プレート54から下流側になり、より混合の進んだ状態で燃焼するので、より均一で低NOx燃焼が可能となる。したがってより燃焼量の大きいガスタービンに本発明を適用する場合には外周側に第3乃至、必要に応じて第4の空気孔列を構成することでメインバーナ内の低NOx燃焼を行う同軸噴流バーナの個数が増加し、よりNOx排出量を抑制することができる。   Similar to the first embodiment, the air-fuel mixtures 42-2 and 42-3 from the outer peripheral air holes 55-2 and 55-3 are the combustion reaction of the air-fuel mixture 42-1 from the innermost air hole 55-1. Since the combustion gas 44 generated by the above becomes an ignition source, the combustion reaction starts from the downstream side of the air hole plate 54 and burns in a more mixed state, so that more uniform and low NOx combustion is possible. . Therefore, when the present invention is applied to a gas turbine having a larger combustion amount, a coaxial jet that performs low NOx combustion in the main burner by forming third to fourth air hole arrays on the outer peripheral side as necessary. The number of burners increases, and the amount of NOx emissions can be further suppressed.

さらに、本実施例では図10に示すように第2の同軸噴流バーナ部および第3の同軸噴流バーナ部を構成する第2の空気孔55−2及び第3の空気孔55−3について、空気孔中心軸をバーナ中心軸に対して空気孔を配置したピッチ円の円周方向に傾斜した旋回角θ2及びθ3を与えていることが第一の実施例と異なる。このように外周側空気孔55−2及び55−3に旋回角θ2及びθ3を与えることで、旋回流によって誘導する逆圧力勾配を強化することができ、バーナ全体の火炎保持能力を高めることができる。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 10, the second air hole 55-2 and the third air hole 55-3 constituting the second coaxial jet burner part and the third coaxial jet burner part are air A difference from the first embodiment is that the hole central axis is provided with the turning angles θ2 and θ3 inclined in the circumferential direction of the pitch circle in which air holes are arranged with respect to the burner central axis. Thus, by giving the swirl angles θ2 and θ3 to the outer peripheral air holes 55-2 and 55-3, the reverse pressure gradient induced by the swirl flow can be strengthened, and the flame holding ability of the entire burner can be enhanced. it can.

さらにまた、本実施例では図10に示すように、第1の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔55−1は、バーナ中央部が燃焼室から傾斜角α1を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいる部分に開口している。凹面形状に窪んでいる部分に空気孔55−1を開口させる構造も、循環ガス押し戻し構造としての機能を有する。さらに、この凹面形状に窪んでいる部分に空気孔55−1を開口させる構造は次のように燃焼安定性を向上させる機能を有する。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 10, the air hole 55-1 constituting the first coaxial jet burner has a concave shape so that the center of the burner moves away from the combustion chamber with an inclination angle α1. Open in the recessed part. The structure in which the air hole 55-1 is opened in the concave portion is also a function as a circulating gas push-back structure. Further, the structure in which the air hole 55-1 is opened in the concave portion has the function of improving the combustion stability as follows.

即ち、前述のように、空気孔プレート54の燃焼室側表面は、傾斜角α0を持って燃焼室側に突出する部分を持ち、後流の成長が抑制されるので、空気孔プレート外周から中央の淀み領域49に向かう順圧力勾配が生まれ、図12に示すように淀み点に向けて周囲の気体が巻き込まれる随伴流40が生じる。第一の実施例では同軸噴流バーナを構成する空気孔の出口が、傾斜角α0を持って燃焼室側に突出する傾斜部分に開口しており、各空気孔から噴出する混合気は随伴流40にさらされる。このため、部分的に随伴流のもたらす空気を取り込むなど周囲の流動状況の影響を受ける場合もある。本実施例のように第1の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔55−1を、バーナ中央部が燃焼室から傾斜角α1を持って遠ざかるように凹面形状に窪んでいる部分に開口させると、第1の同軸噴流バーナ部は随伴流に直接さらされない位置に出口を持つため、随伴流のもたらす外乱を受けなくなり、より燃焼安定性に優れたバーナ構造となる。   That is, as described above, the combustion chamber side surface of the air hole plate 54 has a portion that protrudes toward the combustion chamber side with an inclination angle α0, and wake growth is suppressed. A forward pressure gradient toward the stagnation region 49 is created, and as shown in FIG. 12, an accompanying flow 40 in which surrounding gas is entrained toward the stagnation point is generated. In the first embodiment, the outlet of the air hole constituting the coaxial jet burner opens to an inclined portion projecting toward the combustion chamber with the inclination angle α0, and the air-fuel mixture ejected from each air hole is an accompanying flow 40. Exposed to. For this reason, it may be influenced by surrounding flow conditions such as partially taking in air brought by the accompanying flow. If the air hole 55-1 which comprises the 1st coaxial jet burner part like this example is opened in the part which is dented in the concave shape so that the burner center part may leave the inclination angle α1 from the combustion chamber. Since the first coaxial jet burner portion has an outlet at a position not directly exposed to the accompanying flow, it is not subject to disturbance caused by the accompanying flow, and the burner structure is more excellent in combustion stability.

さらにまた、本実施例では第1の同軸噴流バーナ部及び第2、第3の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔55−1、55−2、55−3の中心軸は、空気孔を配置した出口ピッチ円の円周方向に傾斜しているだけでなく、出口ピッチ円に空気孔出口位置で引いた接線よりもバーナ中央側に傾いた噴出角度を持つよう内傾角β1、β2、β3を持っている。この内傾角βの効果について、第1の同軸噴流バーナ部を対象に、図13、図14及び図15を用いて説明する。   Furthermore, in this embodiment, the air holes are arranged on the central axes of the air holes 55-1, 55-2, 55-3 constituting the first coaxial jet burner part and the second and third coaxial jet burner parts. In addition to inclining in the circumferential direction of the outlet pitch circle, the inner inclination angles β1, β2, and β3 are set so that the outlet pitch circle has a jet angle inclined toward the burner center side with respect to the tangent drawn at the air hole outlet position. have. The effect of the internal inclination angle β will be described with reference to FIGS. 13, 14, and 15 for the first coaxial jet burner.

同軸噴流バーナを構成する空気孔55の中心軸が空気孔出口ピッチ円に引いた接線よりもバーナ中央側に傾斜した噴出方向を持つと、同軸噴流バーナから噴出する燃料および空気の混合気は燃焼室に旋回直径を縮小しながら噴出する旋回噴流となる。第1の同軸噴流バーナ部を例に取ると、図13に拡大して示すように空気孔出口に当たる断面Xでは空気孔出口に対応した互いに離れた位置に混合気42−1が存在する。   When the central axis of the air hole 55 constituting the coaxial jet burner has a jet direction inclined to the burner center side with respect to the tangent drawn to the air hole outlet pitch circle, the fuel / air mixture jetted from the coaxial jet burner burns It becomes a swirling jet that spouts into the chamber while reducing the swirling diameter. Taking the first coaxial jet burner as an example, as shown in an enlarged view in FIG. 13, in the cross section X corresponding to the air hole outlet, the air-fuel mixture 42-1 exists at positions separated from each other corresponding to the air hole outlet.

しかし前述のように第1の空気孔55−1は旋回角θ1に加え内傾角β1を与えられており、混合気42−1は旋回直径を縮小しながら燃焼室内に噴出するため、軸方向に下流に移動した断面位置Yでは互いに接するように旋回直径を縮小する。この際、空気孔から噴出した際に持っていた噴流の角運動量は保存されるので、旋回直径が縮小した分に応じて旋回速度は増加する。したがって、旋回直径を縮小しながら流下する旋回流によってバーナ中心軸に誘導される圧力勾配は、旋回速度の増加に応じた噴流動圧の増加により下流側に進むにしたがって低下する順圧力勾配を持つ。   However, as described above, the first air hole 55-1 is given the internal inclination angle β1 in addition to the swivel angle θ1, and the air-fuel mixture 42-1 is ejected into the combustion chamber while reducing the swirl diameter. At the cross-sectional position Y moved downstream, the turning diameter is reduced so as to be in contact with each other. At this time, since the angular momentum of the jet flow that has been ejected from the air hole is preserved, the turning speed increases in accordance with the reduction of the turning diameter. Therefore, the pressure gradient induced in the burner central axis by the swirling flow that flows down while reducing the swirling diameter has a forward pressure gradient that decreases as the jet flow pressure increases in accordance with the increase in swirling speed. .

一方、前述の断面位置Yを過ぎると混合気の旋回流は徐々に旋回直径を拡大するようになる。旋回直径が拡大しながら流下する旋回流は、前述のようにバーナ中心軸上に逆圧力勾配を誘導する。このような旋回流によってバーナ中心軸上に誘導される圧力の変化の様子を、空気孔出口からのバーナ中心軸に沿った距離に対して整理して図15に示す。   On the other hand, when the cross-sectional position Y is passed, the swirl flow of the air-fuel mixture gradually increases the swirl diameter. The swirling flow that flows down while the swirling diameter increases induces a reverse pressure gradient on the burner central axis as described above. FIG. 15 shows the change in pressure induced on the burner central axis by such a swirling flow with respect to the distance along the burner central axis from the air hole outlet.

逆圧力勾配により定常火炎45の燃焼ガス44の一部が循環ガス43としてバーナ中央部に生じる淀み領域49に向けて循環する。しかし、図15に示すように空気孔プレート54の近傍の断面位置Yより上流の領域には順圧力勾配が形成されているので、循環ガス43は断面位置Yより上流側に遡ることができない。循環ガス43は火炎の基点となる第1の同軸噴流バーナからの混合気42−1に対する着火源であるので、着火源が断面位置Yよりも空気孔プレート側に侵入しないことで空気孔プレート54から断面位置Yまでには定常火炎45が侵入することがない。したがって空気孔プレート54と定常火炎45の軸方向距離がより大きくなるため、空気孔プレート54の過熱を避ける上でより有効である。即ち、内傾角βは循環ガス押し戻し構造としての機能を有する。この循環ガス押し戻し構造の効果を最大に発揮させるために、次ように空気孔プレート54が燃焼室側に突出する最大の高さHを設定する。   Due to the reverse pressure gradient, a part of the combustion gas 44 of the steady flame 45 circulates as a circulation gas 43 toward a stagnation region 49 generated in the center of the burner. However, as shown in FIG. 15, since a forward pressure gradient is formed in a region upstream of the cross-sectional position Y in the vicinity of the air hole plate 54, the circulating gas 43 cannot be traced upstream from the cross-sectional position Y. Since the circulating gas 43 is an ignition source for the air-fuel mixture 42-1 from the first coaxial jet burner serving as a flame base point, the ignition source does not enter the air hole plate side from the cross-sectional position Y, so that the air hole The steady flame 45 does not enter from the plate 54 to the cross-sectional position Y. Accordingly, the axial distance between the air hole plate 54 and the steady flame 45 becomes larger, which is more effective in avoiding overheating of the air hole plate 54. That is, the inclining angle β has a function as a circulating gas pushback structure. In order to maximize the effect of the circulating gas push-back structure, the maximum height H at which the air hole plate 54 protrudes toward the combustion chamber is set as follows.

前述の第1の同軸噴流バーナから噴出する混合気42−1の旋回直径が縮小から拡大に転じる位置Yは、第1の空気孔の入口ピッチ円及び出口ピッチ円の直径と、第1の空気孔の軸方向長さ、及び内傾角から求めることができる。空気孔入口から断面位置Yまでの距離をλ1、第1の空気孔入口ピッチ円直径61−1をDI-1、第1の空気孔出口ピッチ円直径63−1をDE-1、第1の空気孔の軸方向長さ64−1をL1とし、前述のように第1の空気孔55−1の中心軸が空気孔出口で第1の空気孔出口ピッチ円に引いた接線となす角を内傾角β1とすると、λ1は次式(1)で表される。 The position Y at which the swirling diameter of the air-fuel mixture 42-1 ejected from the first coaxial jet burner changes from reduction to enlargement corresponds to the diameters of the inlet and outlet pitch circles of the first air holes, and the first air. It can be determined from the axial length of the hole and the internal tilt angle. The distance from the air hole inlet to the cross-sectional position Y is λ 1 , the first air hole inlet pitch circle diameter 61-1 is D I-1 , the first air hole outlet pitch circle diameter 63-1 is D E-1 , the axial length 64-1 of the first air hole and L 1, tangent the center axis of the first air holes 55-1 as described above is drawn first air hole outlets pitch circle in the air hole outlet Assuming that the angle formed by the internal inclination angle β 1 , λ 1 is expressed by the following equation (1).

Figure 0005614893
Figure 0005614893

空気孔プレート54が燃焼室側に突出する最大の高さHを距離λ1よりも小さいものとすれば、定常火炎45は空気孔プレート54に距離λ1よりも近付くことはない。すなわち次式(2)を満たす、空気孔プレート54が燃焼室側に突出する最大の高さHを取れば、本実施例により空気孔プレート54の過熱を避ける効果を最大に発揮することができる。 If the maximum height H at which the air hole plate 54 protrudes toward the combustion chamber is set to be smaller than the distance λ 1 , the steady flame 45 does not approach the air hole plate 54 beyond the distance λ 1 . That is, if the maximum height H that satisfies the following equation (2) and the air hole plate 54 protrudes toward the combustion chamber is taken, the effect of avoiding overheating of the air hole plate 54 can be maximized by this embodiment. .

Figure 0005614893
Figure 0005614893

上述の第2の実施例は、幾つかの特徴を併せ持っている。これらの特徴は、上述したように、個々の構成によって特有の作用効果を有する。従って、全ての特徴を具備することは必須ではなく、単独又は幾つかの特徴の組み合わせでも良い。特に、循環ガス押し戻し構造について、本実施例では三つの構造を併せ持っているが、単独又は幾つかの特徴の組み合わせでも良い。   The second embodiment described above has several features. As described above, these features have specific effects according to individual configurations. Therefore, it is not essential to have all the features, and it may be a single feature or a combination of several features. In particular, the circulating gas push-back structure has three structures in the present embodiment, but may be a single or a combination of several features.

本実施例によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料をガスタービン燃焼器に使用する場合に、広範な負荷範囲にわたって水素濃度の変動に影響されずに構造物の過熱を避け信頼性の高い燃焼安定性を維持すると共に、低NOx燃焼性能を発揮し得る、ガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the present embodiment, when a fuel with varying hydrogen concentration contained in the fuel is used in a gas turbine combustor, it is reliable to avoid overheating of the structure without being affected by variations in the hydrogen concentration over a wide load range. It is possible to achieve a gas turbine combustor that maintains high combustion stability and can exhibit low NOx combustion performance.

1:燃焼室、2:燃焼器外筒、3:燃焼器ライナー、4:燃焼器尾筒、5:圧縮機、6:タービン、7:車室、8:燃焼器エンドカバー、9:ガスタービン燃焼器、10:圧縮空気、11:冷却空気、12:燃焼用空気、13:燃焼ガス、14:燃料、15:起動用燃料、16:石炭、17:酸素、18:精製前石炭ガス化ガス、19:二酸化炭素回収前石炭ガス化ガス、20:水蒸気、21:高水素濃度(CO2回収後)石炭ガス化ガス、22:石炭ガス化燃料、40:随伴流、41、41−1、41−2:メインバーナ燃料、42、42−1、42−2:混合気、43:循環ガス、44:燃焼ガス、45:火炎、46:旋回流、47:循環流、48:後流、49:淀み領域、50:パイロットバーナ、51:起動用燃料噴射ノズル、53:メイン多孔同軸噴流バーナ、54:空気孔プレート、55、55−1、55−2:空気孔、56:燃料ノズル、57:燃料分配器、58:バーナ中央部冷却空気孔、61、61−1、61−2:空気孔入口ピッチ円直径、62、62−1、62−2:空気孔直径、63、63−1、63−2、63−3:空気孔出口ピッチ円直径、64、64−1、64−2、64−3:空気孔バーナ軸方向長さ、65:空気孔プレート燃焼室側表面法線(後流成長方向)、100:燃料供給制御装置、101:燃料圧縮機、102、102a、102b:水素濃度検知手段、103:遮断弁、104a:起動用燃料遮断弁、104b:水素含有パイロット燃料遮断弁、105a:起動用燃料パイロット燃料圧力調整弁、105b:水素含有パイロット燃料圧力調整弁、106a:起動用燃料パイロット燃料流量調整弁、106b:水素含有燃料パイロット燃料流量調整弁、107a:内周側メイン燃料圧力調整弁、107b:外周側メイン燃料圧力調整弁、108a:内周側メイン燃料流量調整弁、108b:外周側メイン燃料流量調整弁、109:逆止弁、22a:燃料系統、120:二酸化炭素回収前石炭ガス化ガス供給系統、121:高水素濃度石炭ガス化ガス供給系統、122a、122b、123a、123b:燃料供給系統、201:酸素製造装置、202:石炭ガス化炉、203:石炭ガス化ガス精製装置、204、205:流量調整弁、206:シフト反応器、207:二酸化炭素回収装置、208:流量調整弁、209:ガス処理炉、501:発電機。   1: Combustion chamber, 2: Combustor outer cylinder, 3: Combustor liner, 4: Combustor tail cylinder, 5: Compressor, 6: Turbine, 7: Cabin, 8: Combustor end cover, 9: Gas turbine Combustor, 10: compressed air, 11: cooling air, 12: combustion air, 13: combustion gas, 14: fuel, 15: fuel for start-up, 16: coal, 17: oxygen, 18: coal gasification gas before purification , 19: Coal gasification gas before carbon dioxide recovery, 20: Water vapor, 21: High hydrogen concentration (after CO2 recovery) coal gasification gas, 22: Coal gasification fuel, 40: Associated flow, 41, 41-1, 41 -2: Main burner fuel, 42, 42-1, 42-2: Mixture, 43: Circulating gas, 44: Combustion gas, 45: Flame, 46: Swirling flow, 47: Circulating flow, 48: Backflow, 49 : Stagnation area, 50: Pilot burner, 51: Fuel injection nozzle for activation, 53 Main perforated coaxial jet burner, 54: Air hole plate, 55, 55-1, 55-2: Air hole, 56: Fuel nozzle, 57: Fuel distributor, 58: Cooling air hole at the center of the burner, 61, 61-1 61-2: Air hole inlet pitch circle diameter, 62, 62-1, 62-2: Air hole diameter, 63, 63-1, 63-2, 63-3: Air hole outlet pitch circle diameter, 64, 64 -1, 64-2, 64-3: Air hole burner axial length, 65: Air hole plate combustion chamber side surface normal (backward growth direction), 100: Fuel supply control device, 101: Fuel compressor, 102, 102a, 102b: hydrogen concentration detection means, 103: shut-off valve, 104a: start-up fuel shut-off valve, 104b: hydrogen-containing pilot fuel shut-off valve, 105a: start-up fuel pilot fuel pressure regulating valve, 105b: hydrogen-containing pilot fuel pressure Regulating valve 106a: Start-up fuel pilot fuel flow rate regulating valve 106b: Hydrogen-containing fuel pilot fuel flow rate regulating valve 107a: Inner circumferential main fuel pressure regulating valve 107b: Outer circumferential main fuel pressure regulating valve 108a: Inner circumferential Side main fuel flow rate adjusting valve, 108b: outer peripheral side main fuel flow rate adjusting valve, 109: check valve, 22a: fuel system, 120: coal gasification gas supply system before carbon dioxide recovery, 121: high hydrogen concentration coal gasification gas Supply system, 122a, 122b, 123a, 123b: Fuel supply system, 201: Oxygen production apparatus, 202: Coal gasification furnace, 203: Coal gasification gas purification apparatus, 204, 205: Flow control valve, 206: Shift reactor 207: carbon dioxide recovery device, 208: flow rate adjustment valve, 209: gas processing furnace, 501: generator.

Claims (8)

燃料と空気が供給される燃焼室と、
前記燃焼室の上流側に位置し複数の空気孔を有する空気孔プレートと、前記空気孔に対して同軸に配置され前記空気孔に対して燃料組成として水素を含む燃料を供給する複数の燃料ノズルとで構成される複数の同軸噴流バーナを有する多孔同軸噴流バーナとを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記多孔同軸噴流バーナは、前記多孔同軸噴流バーナの燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて燃焼室側に突き出すような傾斜を持ち、かつ前記多孔同軸噴流バーナの中央部が前記燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいることを特徴とするガスタービン燃焼器。
A combustion chamber supplied with fuel and air;
An air hole plate located upstream of the combustion chamber and having a plurality of air holes, and a plurality of fuel nozzles arranged coaxially with the air holes and supplying fuel containing hydrogen as a fuel composition to the air holes A gas turbine combustor comprising a multi-hole coaxial jet burner having a plurality of coaxial jet burners,
The porous coaxial jet burner has an inclination such that the combustion chamber side surface of the porous coaxial jet burner protrudes from the outer peripheral side toward the central portion toward the combustion chamber, and the central portion of the porous coaxial jet burner is the combustion chamber A gas turbine combustor characterized in that it is recessed with an inclination so as to move away from it.
燃料と空気が供給される燃焼室と、
前記燃焼室の上流側に位置し複数の空気孔を有する空気孔プレートと、前記空気孔に対して同軸に配置され前記空気孔に対して燃料を供給する複数の燃料ノズルとで構成される複数の同軸噴流バーナを有する多孔同軸噴流バーナとを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記多孔同軸噴流バーナは、前記多孔同軸噴流バーナの燃焼室側表面が外周側から中央部に向けて燃焼室側に突き出すような傾斜を持ち、かつ前記多孔同軸噴流バーナの中央部が前記燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでおり、前記多孔同軸噴流バーナの中央部近傍に生じる淀み領域に向けて循環する燃焼ガスの一部である循環ガスを前記多孔同軸噴流バーナの中央部から遠ざけるように燃焼室下流側に押し戻す構造を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
A combustion chamber supplied with fuel and air;
A plurality of air hole plates that are located upstream of the combustion chamber and have a plurality of air holes, and a plurality of fuel nozzles that are arranged coaxially with the air holes and supply fuel to the air holes. A gas turbine combustor comprising a multi-hole coaxial jet burner having a coaxial jet burner of
The porous coaxial jet burner has an inclination such that the combustion chamber side surface of the porous coaxial jet burner protrudes from the outer peripheral side toward the central portion toward the combustion chamber, and the central portion of the porous coaxial jet burner is the combustion chamber The circulation gas that is a part of the combustion gas that circulates toward the stagnation region that occurs in the vicinity of the central portion of the porous coaxial jet burner is kept away from the central portion of the porous coaxial jet burner. A gas turbine combustor having a structure for pushing back to the downstream side of the combustion chamber.
請求項2に記載のガスタービン燃焼器において、前記押し戻す構造は、前記多孔同軸噴流バーナの中央部に設けた前記燃焼室側へ空気のみを噴出する冷却空気孔であることを特徴とするガスタービン燃焼器。   3. The gas turbine combustor according to claim 2, wherein the pushing-back structure is a cooling air hole that ejects only air to the combustion chamber side provided at a central portion of the porous coaxial jet burner. 4. Combustor. 請求項2に記載のガスタービン燃焼器において、前記押し戻す構造は、前記多孔同軸噴流バーナの中央部が前記燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいる箇所に開口を有するように設けられた前記同軸噴流バーナであることを特徴とするガスタービン燃焼器。   3. The gas turbine combustor according to claim 2, wherein the structure for pushing back is provided so as to have an opening at a portion where the central portion of the porous coaxial jet burner is recessed with an inclination so as to move away from the combustion chamber. A gas turbine combustor which is the coaxial jet burner. 請求項2に記載のガスタービン燃焼器において、前記多孔同軸噴流バーナは、前記多孔同軸噴流バーナの中央部となる内周側に配設され、複数の前記同軸噴流バーナから構成される第1の同軸噴流バーナ部と、前記多孔同軸噴流バーナの外周部となる前記第1の同軸噴流バーナ部の外周側に複数個配設され、それぞれ複数の前記同軸噴流バーナから構成される第2の同軸噴流バーナ部とを備え、前記多孔同軸噴流バーナの中央部の窪み部に前記第1の同軸噴流バーナ部を構成する前記同軸噴流バーナを開口させたことを特徴とするガスタービン燃焼器。   3. The gas turbine combustor according to claim 2, wherein the perforated coaxial jet burner is disposed on an inner peripheral side that is a central portion of the perforated coaxial jet burner, and includes a plurality of the coaxial jet burners. A plurality of coaxial jet burners and a second coaxial jet arranged on the outer peripheral side of the first coaxial jet burner, which is the outer periphery of the porous coaxial jet burner, each comprising a plurality of the coaxial jet burners A gas turbine combustor comprising: a burner portion, wherein the coaxial jet burner constituting the first coaxial jet burner portion is opened in a hollow portion at a central portion of the porous coaxial jet burner. 請求項2に記載のガスタービン燃焼器において、前記多孔同軸噴流バーナは、前記多孔同軸噴流バーナの中央部となる内周側に配設され、複数の前記同軸噴流バーナから構成される第1の同軸噴流バーナ部と、前記多孔同軸噴流バーナの外周部となる前記第1の同軸噴流バーナ部の外周側に複数個配設され、それぞれ複数の前記同軸噴流バーナから構成される第2の同軸噴流バーナ部とを備え、
前記押し戻す構造は、前記第1の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔の中心軸を、前記第1の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔を配置する出口ピッチ円方向に傾斜させるとともに、前記出口ピッチ円に引いた接線方向より前記多孔同軸噴流バーナの中央側に傾斜させる構成であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. The gas turbine combustor according to claim 2, wherein the perforated coaxial jet burner is disposed on an inner peripheral side that is a central portion of the perforated coaxial jet burner, and includes a plurality of the coaxial jet burners. A plurality of coaxial jet burners and a second coaxial jet arranged on the outer peripheral side of the first coaxial jet burner, which is the outer periphery of the porous coaxial jet burner, each comprising a plurality of the coaxial jet burners With a burner section,
The pushing back structure inclines the central axis of the air holes constituting the first coaxial jet burner part in the direction of the outlet pitch circle in which the air holes constituting the first coaxial jet burner part are arranged, and the outlet A gas turbine combustor characterized in that the gas turbine combustor is inclined toward a center side of the porous coaxial jet burner from a tangential direction drawn on a pitch circle.
請求項6に記載のガスタービン燃焼器において、前記第1の同軸噴流バーナ部の空気孔列の入口ピッチ円直径をDI−1、この空気孔列の出口ピッチ円直径をDE−1とし、前記第1の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔の中心軸が前記空気孔列の出口ピッチ円に空気孔出口位置で引いた接線となす角をβとし、前記第1の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔の軸方向長さをLとし、前記空気孔プレートが燃焼室側に最大に突出する高さをHとした場合に、
前記空気孔プレートが燃焼室側に最大に突出する高さHが式(2)に示す関係式が成り立つように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
Figure 0005614893
7. The gas turbine combustor according to claim 6, wherein an inlet pitch circle diameter of an air hole row of the first coaxial jet burner portion is D I-1 , and an outlet pitch circle diameter of the air hole row is D E-1. the tangent angle to the center axis is drawn in the air hole outlets located at the exit pitch circle of the air hole array of air holes constituting the first coaxial injection burner sections and beta 1, wherein the first coaxial injection burner the axial length of the air holes constituting the part and L 1, the height the air hole plate is protruding up into the combustion chamber side when the H,
A gas turbine combustor characterized in that the height H at which the air hole plate protrudes to the combustion chamber side is such that the relational expression shown in Expression (2) is satisfied.
Figure 0005614893
石炭ガス化ガスをガスタービンプラントの燃料としてガスタービン燃焼器に供給するようにした石炭ガス化複合発電プラントであって、前記ガスタービン燃焼器として請求項1〜7の何れかに記載のガスタービン燃焼器を用いたことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。   A coal gasification combined power plant configured to supply coal gasification gas to a gas turbine combustor as fuel for the gas turbine plant, wherein the gas turbine combustor is the gas turbine according to any one of claims 1 to 7. Coal gasification combined cycle plant using a combustor.
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CN106287816B (en) * 2016-08-12 2019-01-18 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所 A kind of dry low emissions burner
KR101930009B1 (en) * 2016-11-30 2018-12-17 주식회사 컴버스텍 Burner for high temperature pressurized environment
CN109519968A (en) * 2018-11-27 2019-03-26 中国东方电气集团有限公司 A kind of high pressure visable burner
CN110145737A (en) * 2019-04-19 2019-08-20 王晓峰 A kind of rotational-flow stable-flame radial spray low NO
JP7270517B2 (en) * 2019-10-01 2023-05-10 三菱重工業株式会社 gas turbine combustor
KR102583225B1 (en) * 2022-02-07 2023-09-25 두산에너빌리티 주식회사 Micromixer and gas turbine comprising the same
KR102583226B1 (en) * 2022-02-07 2023-09-25 두산에너빌리티 주식회사 Micromixer with multi-stage fuel supply and gas turbine including same
JP2023182235A (en) * 2022-06-14 2023-12-26 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 Hydrogen combustor, hydrogen combustor system, jet engine, and power generation device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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