JP5877119B2 - ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法 - Google Patents

ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5877119B2
JP5877119B2 JP2012105592A JP2012105592A JP5877119B2 JP 5877119 B2 JP5877119 B2 JP 5877119B2 JP 2012105592 A JP2012105592 A JP 2012105592A JP 2012105592 A JP2012105592 A JP 2012105592A JP 5877119 B2 JP5877119 B2 JP 5877119B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
supply system
gas turbine
fuel supply
liquid fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012105592A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013234769A (ja
Inventor
高橋 宏和
宏和 高橋
平田 義隆
義隆 平田
達也 関口
達也 関口
吉田 正平
正平 吉田
笹尾 俊文
俊文 笹尾
林 明典
明典 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority to JP2012105592A priority Critical patent/JP5877119B2/ja
Publication of JP2013234769A publication Critical patent/JP2013234769A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5877119B2 publication Critical patent/JP5877119B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明はガスタービン燃焼器、特に、液体燃料を用いた運転状態の切替えを行うガスタ
ービン燃焼器およびガスタービンの運転方法に関する。
近年、環境問題がクローズアップされ、ガスタービン燃焼器においても環境負荷低減が
要求されており、NOx排出量低減が重要な開発課題となっている。さらには、地球温暖
化対策として、従来の油燃料のほか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、燃料選択肢の自由度拡大に対する要求が高まっている。
このような背景を受け、液体燃料と気体燃料の何れにも対応可能で、且つ、NOx排出
量を低減できる燃焼器として、デュアル燃料対応低NOx燃焼器がある。デュアル燃料対
応低NOx燃焼器においては、ガスタービン負荷を一定に保ちながら液体燃料と気体燃料
を切替えることが求められる。例えば気体燃料から液体燃料への切替えにおいては、発電
量を一定に保ちながら燃料を切替えるために、気体燃料の流量を低減しながら液体燃料の
流量を増加させ、燃焼器内部の燃焼温度を一定にする必要がある。
デュアル燃料対応低NOx燃焼器の燃料切替方法の一例として、特許文献1には、気体
燃料から液体燃料に切替える際にはパイロット系統を先に切替え、その後メイン系統を切
替え、液体燃料から気体燃料へ切替える際にはメイン系統を先に切替え、その後パイロッ
ト系統を切替える方法が開示されている。
また、一般に、NOx排出量を低減する方法として、燃焼場に水や蒸気などの不活性媒
体を投入する方法があるが、この方法は、イニシャルコスト、ランニングコストの増加、
投入する水の確保が困難な地域へ適用できないなどの問題がある。このような問題を解決
する燃焼方法として、予混合燃焼がある。予混合燃焼とは、予混合器内で予め燃料と空気
を混合してから燃焼室に供給して燃焼する方法で、局部的な高温領域の発生を抑えること
で、サーマルNOxの低減が可能となる。但し、予混合燃焼にも、燃料と空気を直接燃焼
室に供給して拡散的に燃焼させる拡散燃焼と比べ、安定して低NOx燃焼を維持できる範
囲が限られるといった問題がある。
このような問題を解決するための手段として、例えば特許文献2に記載されているよう
に、複数の予混合燃焼バーナを複数備えたマルチバーナ方式が知られている。マルチバー
ナ方式では、燃焼するバーナ数を制御することで、安定燃焼と低NOx燃焼との両立を図
ることができる。
特開2007−327338号公報 特開2003−262336号公報
液体燃料を液体燃料ノズルに供給していない時には、液体燃料ノズルの内部は空気等で
パージされている。そのため、新たに液体燃料の供給を開始して運転状態を切替える際に
は、燃料切替指令が出てから液体燃料が燃料ノズルに到達し、液体燃料を混合室等に供給
するために必要な燃料圧力に上昇するまでに、時間遅れが生じる。
このため、例えば、気体燃料による運転から液体燃料による運転へと運転状態を切替え
る際に、特許文献1に記載の方法のように気体燃料系統と液体燃料系統とを同じタイミン
グで制御した場合、液体燃料の燃料流量の増加よりも先に気体燃料の燃料流量が減少する
ことで燃焼器内の燃焼温度が低下し、一時的にガスタービン負荷が低下する恐れがある。
また、例えば、マルチバーナ方式において燃焼させるバーナ数を増加させて運転状態を
切替える際に、既に燃料が供給されているバーナの燃料系統と新たに液体燃料の供給を開
始するバーナの液体燃料系統とを同じタイミングで制御した場合、液体燃料の燃料流量の
増加よりも先に、既に燃料が供給されているバーナに供給される燃料の燃料流量が減少す
ることで、燃焼器内の燃焼温度が低下し、一時的にガスタービン出力が低下する恐れがあ
る。
そこで本発明は、液体燃料を用いた運転状態の切替時における出力変化を抑制可能なガ
スタービン燃焼器を提供することを目的とする。
本発明は、燃料と燃焼用空気とを混合する混合室と、前記混合室に液体燃料を噴霧する液体燃料ノズルとを備えた第一のバーナと、前記混合室から供給される燃料と燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室とを有するガスタービン燃焼器であって、前記液体燃料ノズルに液体燃料を供給する第一の燃料供給系統と、前記第一の燃料供給系統に設けられた第一の流量調整弁と、前記燃焼室に燃料を供給可能な第二の燃料供給系統と、前記第二の燃料供給系統に設けられた第二の流量調整弁と、前記第一の燃料供給系統の第一の流量調整弁よりも下流側から前記混合室までの流路を流下する流体、若しくは前記流路を構成する部材の温度を計測する温度計とを備え、前記第一の燃料供給系統への液体燃料供給を開始して運転状態を切替える際に、前記温度計で計測した前記流路を流下する流体又は前記流路を構成する部材の温度の変化を検知して、前記第一の流量調整弁又は前記第二の流量調整弁の少なくとも一方の開度を制御する調節器とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、液体燃料を用いた運転状態の切替時における出力変化を抑制可能なガ
スタービン燃焼器を提供することができる。
本発明に関わるガスタービン燃焼器の第1の実施形態における予混合燃焼バーナの断面構造を示す図。 本発明に関わる第1の実施形態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。 第1の実施形態における燃料切替時の燃料流量、メタル温度、排気温度の変化を表す図。 第1の実施形態における燃料切替時の制御フローを表す図。 本発明に関わるガスタービン燃焼器の実施例1の予混合燃焼バーナの断面構造を示す図。 第2の実施形態におけるガスタービン負荷に対する運転模式図と燃焼状態を簡略的に示す図。
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
なお、以下に説明する本発明の各実施例によれば、混合室に備えた温度測定手段により
液体燃料が混合室等に供給されたことを検知してから気体燃料の流量を低減することがで
き、燃料切替時の負荷変化を抑制することができる。また、液体燃料が供給されたことを
検知してから燃料切替を開始することで、切替時間を短縮することができる。
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4により説明する。図2は、ガス
タービン燃焼器の構成を断面図で示すと共に、ガスタービン燃焼器を備えるガスタービン
システムの構成図である。図2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。
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する発電機4とを備えている。
上記のガスタービン燃焼器3では液体燃料100または気体燃料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22
0、221は前記閉止板9に接続される。
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、その周囲には
予混合燃焼バーナ11が複数個配置されている。
ガスタービン燃焼器3に備えられた拡散燃焼バーナ10は軸中心位置に液体燃料ノズル
12が配置され拡散燃焼用の液体燃料100が噴霧される。液体燃料ノズル12の半径方
向外側には気体燃料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。
液体燃料ノズル12の軸方向下流側には混合室10aが中空円錐形状の円錐プレート10
bによって形成され、前記円錐プレート10bの壁面には燃焼用空気300を導入する複
数の空気孔15が配設されている。拡散燃焼バーナ10では、液体燃料100または気体
燃料200は燃焼用空気300と混合し燃焼室6で拡散燃焼するため、燃焼安定性が良い
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は、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を備えている。前記液体燃料ノズル1
3の軸方向下流には、上流側が中空円錐形状で、下流側が略円筒形状の混合室11aが設
けられている。混合室11aの壁面には燃焼用空気300を導入するための複数の空気孔
16が設けられており、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。混合室11aは液体燃料100の蒸発を
促進すると共に、液体燃料100および気体燃料200の混合を促進するための空間とな
っている。このため予混合燃焼バーナ11では燃料と燃焼用空気300が混合して燃料が
希薄に分散するため、局所の燃焼温度の上昇を防止してNOx排出量を低減できる。
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。
次に、本発明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。
ガスタービン燃焼器3に液体燃料100を供給する場合には、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。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、流量を調節する流量制御弁103、105が配設されている。液体燃料供給
系統120からは拡散燃焼バーナ10に、液体燃料供給系統121からは予混合燃焼バー
ナ11に液体燃料が供給される。
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2
10に貯蔵された気体燃料200を気化器211で気化し、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を備えた気体燃料供給系統220、221を配設した構成にして、ガ
スタービン燃焼器3に供給するように構成している。気体燃料200とする場合は、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。
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。
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予混合燃焼
バーナの構造について図1を参照して説明する。
図1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および予混合燃焼バ
ーナに接続された燃料および燃焼用空気系統を示した図である。前述したように、予混合
燃焼バーナ11は、空気孔16から導入された燃焼用空気300と燃料を混合するための
混合室11aを備え、液体燃料供給系統120を介して供給される液体燃料100を混合
室11aに噴霧するための液体燃料ノズル13と、気体燃料供給系統221を介して供給
される気体燃料200を混合室11aに供給するための気体燃料噴孔17が設けられてい
る。液体燃料ノズル13は渦巻噴射弁式のノズルであり、半径方向に燃料を分散させて混
合室11a内に噴霧する。空気孔16は円筒形状であり、予混合燃焼バーナ11の軸方向
に3列(1列又は複数列)、周方向に複数個ずつ設けられる。
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から噴霧された液体
燃料100は、混合室11aで一部が蒸発し、燃焼用空気300と混合して予混合気とな
り燃焼室6で燃焼により燃焼ガス400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で燃焼し燃焼ガス40
0となる。
本実施例の特徴は予混合燃焼バーナ11の燃焼室6側の先端付近に、混合室11aを構
成する部材のメタル温度を計測するための温度計250を備えていることである。液体燃
料100を燃料として使用すると、液体燃料100の混合室11a内での蒸発や混合室1
1a壁面への付着により、混合室11aのメタル温度が気体燃料200を使用する場合よ
り低下する。さらに、排気500の温度を計測するための温度計251も備えている。
温度計250および温度計251で計測する温度は、調節器260に取り込まれる。調
節器260は温度計250および251の計測結果をもとに、流量制御弁105および2
04の開度を制御し気体燃料、液体燃料の流量を調節する機能を有する。
次にガスタービン発電プラントの燃料を気体燃料200から液体燃料100に切替える
時の運転方法を図1および図3、図4を用いて説明する。
気体燃料から液体燃料への燃料切替においては、液体燃料100の流量を流量制御弁1
05の開度を調節して増加させ、気体燃料200の流量を流量制御弁204の開度を調節
して減少させる。
図3に燃料切替時の燃料流量、メタル温度、排気温度の変化を表す図を示す。図3(a
)には液体燃料100と気体燃料200の流量を同時に変更した場合の混合器メタル温度
Tmと排気温度Txの温度変化を示す。液体燃料100の供給開始時は、燃料配管に空気
が入っており、配管内に液体燃料100が満たされるまで時間がかかる。また、液体燃料
100の流量が少ない切替当初の条件では、液体燃料ノズル13の差圧が小さく微粒化特
性が悪いため、燃焼効率が低い。そのため、燃料切替の初期は気体燃料流量の低減に対し
て燃焼ガス400の温度が低下し、ガスタービンの出力が低下するという課題が生じる。
燃焼ガス400の温度低下は排気温度Txの温度低下として現れる。
これに対し、本実施例では図3(b)に示すように液体燃料100の供給開始時刻に対
し気体燃料200の減少開始時刻を遅らせる。液体燃料100を噴霧することで混合室メ
タル温度Tmが低下するため、その温度変化を検知してから気体燃料200の流量を低減
させる。液体燃料を先行して供給するが液体燃料の流量が少ないため、排気温度Txはほ
とんど上昇しない。気体燃料200を投入しはじめた時刻における液体燃料100の流量
と同等の発熱量になるまで気体燃料200の流量を低減し(時刻B)、液体燃料100の
流量は一定に保持する。
時刻B以降は、液体燃料100と気体燃料200を合計した発熱量が一定となるように
液体燃料100を増加させ気体燃料200を減少させる。気体燃料200の停止(時刻C
)以降は、排気温度Txが一定になるように液体燃料100の流量を調整する。
図4に気体燃料から液体燃料に燃料を切替える際の制御フローを示す。燃料切替指令が
出されたら、その時刻における混合器メタル温度の初期値(Tm0)および排気温度の初
期値(Tx0)を計測する。温度計測が完了したら流量制御弁105の開度を徐々に増加
させ液体燃料100を供給する。液体燃料を供給し始めると混合器メタル温度Tmが低下
するため、混合器メタル温度の初期値Tm0とTmの差が設定値a以上になるまで繰り返
す。本実施例では、設定値aは実験で温度変化が明確に判断できた値を用いるが、温度変
化が明確に判断可能であればよい。
次に、流量制御弁204の開度を減少させ、その際の排気温度Txを計測する。排気温
度の初期値Tx0とTxを比較し、Txが高い場合にはさらに燃料制御弁204開度を減
少させ、Tx0とTxが同等になるまで繰り返す。なお、この工程は排気温度Tx0とT
xの差をある程度小さくできればよく、液体燃料100の発熱量に相当する気体燃料20
0の流量を計算で求め減少させるだけでも良い。
液体燃料100と気体燃料200の合計の発熱量が燃料切替指令の発令時と同等になっ
た後、流量制御弁105および204の開度を連続的に変更し、液体燃料100の流量を
増加させ、気体燃料200を停止する。
最後に排気温度Txを燃料切替指令の発令時と同等になるように調整する。排気温度T
xを計測し、排気温度の初期値Tx0と比較し、排気温度Txが初期値Tx0より低けれ
ば流量制御弁105の開度を増加させ、高ければ流量制御弁105の開度を減少させる調
整を繰り返し、所定の排気温度Tx0に合わせる。
このように、液体燃料供給系統120等の液体燃料100が流下する流路のうち流量制
御弁105よりも下流側に温度計250を備えることにより、温度計250によって計測
される温度の変化を検知することで、温度計250の設けられた位置まで液体燃料100
が到達したことを検知することができる。そのため、液体燃料供給系統121への液体燃
料100の供給を開始して運転状態を切替える際に、流量制御弁105の開度増加後、燃
焼室6に近い位置に液体燃料100が到達してから流量制御弁204の開度を減少させる
ことが可能となるため、液体燃料を用いた運転状態の切替時における出力変化を抑制する
ことができる。
即ち、上記のように構成した本実施形態であれば、気体燃料焚きから液体燃料焚きへの
切替時において、予混合燃焼バーナに設置した温度計250の測定値、具体的には、予混
合燃焼バーナ先端付近の混合室メタル温度変化を検出して流量制御弁105、204をコ
ントロールすることで、ガスタービン発電プラントの一時的な出力低下を防止できる。
また、液体燃料の供給配管に燃料が充填されていない場合、気体燃料流量の減少と同時
に液体燃料を供給すると、液体燃料によって押し出され液体燃料ノズルから高速噴出する
空気により予混合燃焼バーナに形成されている火炎が吹き飛ぶ可能性がある。液体燃料の
供給を確認してから気体燃料を減少させることで、予混合燃焼バーナに形成される火炎の
吹き飛びを防止でき、燃焼安定性を確保しつつ燃料切替が可能となる。
さらに、予混合燃焼バーナの先端付近に温度計を設置することで、火炎が予混合燃焼バ
ーナの混合室内に形成された場合でも検知可能となり、予混合燃焼バーナ等のガスタービ
ン燃焼器構造物の損傷を防止可能となる。
本発明の第2の実施形態について、図5を参照しつつ以下に説明する。本実施形態の基
本構成は第1の実施形態と同様である。本実施形態では、圧縮機1の途中から抽気した空
気を昇圧するパージ空気圧縮機600と、圧縮したパージ空気を冷却する冷却器601と
、パージ空気量を調節する圧力調節弁602と、パージ空気配管603と、逆止弁604
によって構成されるパージ空気系統を液体燃料供給系統120に接続している。さらに、
液体燃料系統のパージ空気系統との接続部よりも下流側に、液体燃料系統を流下する流体
の温度を測定するための温度計253を設置し、温度計253の測定値とガスタービンの
排ガス温度を測定する温度計252の測定値を調節器260に取り込み、調節器260の
演算結果によって、流量制御弁105、204を制御するようにした。
通常、気体燃料燃焼時には、液体燃料ノズル13自体が過熱されることや、液体燃料供
給系統120に残存する液体燃料がコーキング(コーキングとは液体燃料が周囲の熱を受
けて固化すること)することを防止するため、液体燃料供給系統120にはパージ空気を
流すのが一般的であり、パージ空気の温度は例えば100〜150℃となる。
上記のように構成した本実施形態であれば、気体燃料焚きから液体燃料焚きへの切替時
において、液体燃料系統に設置した温度計253によって測定される、液体燃料系統内部
を流下する媒体(本実施例では、パージ空気と液体燃料)の温度変化を検出して流量制御
弁105、204をコントロールすることで、第一の実施形態と同等の効果が得られる。
また、第一の実施形態では、予混合燃焼バーナ11の先端付近に温度計250を設置し
、温度計250の測定値を用いて流量制御弁の開度を調節しているため、本実施例と比較
して、より燃焼室に近い位置まで液体燃料が到達したことを検知することができる。一方
、予混合燃焼バーナ11の下流には、予混合火炎が形成されるため、運転条件によっては
火炎の接近や火炎からの輻射熱の影響を受けて、温度変化検出に誤作動を生じさせる可能
性がある。これに対し、本実施形態であれば、前述した予混合火炎の影響を受けることが
なく、確実に液体燃料の到達を検出できるので、より信頼性の高い燃料切替が可能となる
ここで、本実施形態では、パージ空気として圧縮機1からの抽気空気を昇圧して供給す
る構成としたが、例えば、パージ空気の代用として、気体燃料や窒素などの不活性ガス、
水や蒸気などでも良く、液体燃料との温度差が小さくなる場合には、どちらかの系統を加
熱、若しくは、冷却することで同様の効果を得ることができる。
さらに、温度計253の設置位置は、液体燃料ノズル13に近接して設置するほど、液
体燃料の到達を時間短くでき、切替時間の短縮や、切替時における液体燃料流量と気体燃
料流量の和の変化量を小さくでき、如いては、燃焼ガス400の温度変化を小さくできる
利点もある。
さらに第一の実施形態では、予混合燃焼バーナ11の出口近傍の比較的高温部に温度計
250が設置されている。温度計250にとっては過酷な環境となるため寿命に制限され
る場合も考えられるが、本実施形態では比較的低温場で、さらに大気圧場に温度計253
を設置することも可能となるため、温度計の信頼性が向上する利点もある。
また、万一温度計が断線したとしても交換が容易のため、ガスタービン運転に及ぼす影
響を小さくすることが可能となる。
本発明の第3の実施形態について、図6を参照しつつ以下に説明する。本実施形態の基
本構成は図2を用いて説明した第1の実施形態と同様である。本実施形態では、拡散燃焼
バーナ10の周囲に6個の予混合燃焼バーナ11−1〜6を配置した構成で、拡散燃焼バ
ーナ10に供給する第一の液体燃料供給系統120と予混合燃焼バーナ11−1、3、5
に供給する第二の液体燃料供給系統121と、予混合燃焼バーナ11−2、4、6に供給
する第三の液体燃料供給系統122の3系統で構成され、それぞれの液体燃料供給系統1
20、121、122には流量制御弁103、105、107が設置されている。
図6(b)はガスタービン負荷に対する燃焼状態の模式図を示したもので、バーナの斜
線塗りは液体燃料が供給されている状態を示している。通常、複数のバーナを配置したマ
ルチバーナ方式の燃焼器は、ガスタービンの負荷に応じて燃料流量が増加するため、安定
燃焼と低NOx燃焼を両立する目的で、燃焼するバーナ数を制御するように構成する。こ
のため、負荷A〜Bまでは拡散燃焼バーナ10単独で燃焼させ、負荷B〜Cでは、拡散燃
焼バーナ10と予混合燃焼バーナ11−1、3、5で燃焼させ、負荷C〜Dで全てのバー
ナで燃焼させるような形で運転状態を切替える。
このように構成した本実施形態であれば、例えば、拡散燃焼バーナ10単独燃焼状態か
ら予混合燃焼バーナ11−1、3、5に燃料供給を開始する負荷Bの条件において予混合
燃焼バーナ11−1に設置した温度計250−1の温度変化によって、予混合燃焼バーナ
11−1、3、5に液体燃料の供給が開始されたことを確認した後、拡散燃焼バーナ10
の燃料を減少させることで、燃料減少側が先行して発生する不安定燃焼を防止でき、拡散
燃焼バーナ10が安定燃焼した状態を維持しつつ、予混合燃焼バーナ11−1、3、5へ
の燃焼切替が可能となる。
さらに、負荷Cにおける切替えにおいても上述した方法と同様で、予混合燃焼バーナ1
1−2に設置した温度計250−1の温度変化によって、予混合燃焼バーナ11−2、4
、6に燃料の供給が開始されたことを確認した後、拡散燃焼バーナ10及び予混合燃焼バ
ーナ11−1、3、5の燃料を減少させることで、拡散燃焼バーナ10及び予混合燃焼バ
ーナ11−1、3、5が安定燃焼した状態を維持しつつ、予混合燃焼バーナ11−2、4
、6への燃焼切替が可能となる。
また、本実施形態では予混合燃焼バーナ数を6個、燃料系統を3系統として説明したが
、バーナ個数や燃料系統数が変わっても何ら本実施形態の効果に影響を及ぼすことはない
さらに、温度計の設置位置は予混合燃焼バーナ11としているが第2の実施形態と同様
に液体燃料系統121、122に設置し、液体燃料の温度を検出して制御することも可能
である。
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 水の流れ
100 液体燃料
101 加圧ポンプ
102 圧力調節弁
103、105、202、204 流量制御弁
110 液体燃料タンク
120、121 液体燃料供給系統
200 気体燃料
210 燃料タンク
220、221 気体燃料供給系統
250、251 温度計
260 調節器、
300 燃焼用空気
400 燃焼ガス
500 排気

Claims (8)

  1. 燃料と燃焼用空気とを混合する混合室と、前記混合室に液体燃料を噴霧する液体燃料ノズルとを備えた第一のバーナと、
    前記混合室から供給される燃料と燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室とを有するガスタービン燃焼器であって、
    前記液体燃料ノズルに液体燃料を供給する第一の燃料供給系統と、
    前記第一の燃料供給系統に設けられた第一の流量調整弁と、
    前記燃焼室に燃料を供給可能な第二の燃料供給系統と、
    前記第二の燃料供給系統に設けられた第二の流量調整弁と、
    前記第一の燃料供給系統の第一の流量調整弁よりも下流側から前記混合室までの流路を流下する流体、若しくは前記流路を構成する部材の温度を計測する温度計とを備え、
    前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給を開始して運転状態を切替える際に、前記温度計で計測した前記流路を流下する流体又は前記流路を構成する部材の温度の変化を検知して、前記第一の流量調整弁又は前記第二の流量調整弁の少なくとも一方の開度を制御する調節器とを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  2. 請求項1に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記第二の燃料供給系統から供給される気体燃料を前記混合室に供給する気体燃料孔を有し、
    前記温度計が、前記混合室のメタル温度を計測する温度計であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
  3. 請求項1に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記第二の燃料供給系統から供給される気体燃料を前記混合室に供給する気体燃料孔を有し、
    前記温度計が、前記第の燃料供給系統を流下する流体の温度を計測する温度計であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
  4. 請求項3に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記第一の燃料供給系統にパージ流体を供給するパージ系統を有し、
    前記温度計が、前記第一の燃料供給系統と前記パージ系統との接続部よりも下流側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。
  5. 請求項1に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記第二の燃料供給系統から供給される燃料と燃焼用空気とを前記燃焼室に供給する第二のバーナを有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
  6. 請求項1乃至5の何れか一項に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記調節器が、タービンを駆動した後の排気ガスの温度変化量が小さくなるように、前記第一の流量調整弁又は前記第二の流量調整弁の少なくとも一方の開度を調節するよう構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
  7. 燃料と燃焼用空気とを混合する混合室と、前記混合室に液体燃料を噴霧する液体燃料ノズルとを備えた第一のバーナと、
    前記混合室から供給される燃料と燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、
    前記液体燃料ノズルに液体燃料を供給する第一の燃料供給系統と、
    前記第一の燃料供給系統に設けられた第一の流量調整弁と、
    前記燃焼室に燃料を供給可能な第二の燃料供給系統と、
    前記第二の燃料供給系統に設けられた第二の流量調整弁とを有し、
    前記第一の燃料供給系統の第一の流量調整弁よりも下流側から前記混合室までの流路を流下する流体、若しくは前記流路を構成する部材の温度を計測する温度計を備えたガスタービン燃焼器の運転方法であって、
    前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給を開始し、
    前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給開始時からの、前記温度計で計測する前記流路を流下する流体又は前記流路を構成する部材の温度の変化を検知して、前記第二の燃料供給系統に供給する燃料流量の減少を開始することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
  8. 請求項7に記載のガスタービン燃焼器の運転方法であって、
    タービンを駆動した後の排気ガスの温度が、前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給開始時における排気ガスの温度と同等となるように、前記第一の燃料供給系統に供給する液体燃料流量又は前記第二の燃料供給系統に供給する燃料流量の少なくとも一方を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
JP2012105592A 2012-05-07 2012-05-07 ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法 Active JP5877119B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012105592A JP5877119B2 (ja) 2012-05-07 2012-05-07 ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012105592A JP5877119B2 (ja) 2012-05-07 2012-05-07 ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013234769A JP2013234769A (ja) 2013-11-21
JP5877119B2 true JP5877119B2 (ja) 2016-03-02

Family

ID=49761033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012105592A Active JP5877119B2 (ja) 2012-05-07 2012-05-07 ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5877119B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016104725A1 (ja) * 2014-12-25 2016-06-30 川崎重工業株式会社 バーナ、燃焼器、及びガスタービン
WO2019003316A1 (ja) * 2017-06-27 2019-01-03 中国電力株式会社 発電設備
CN114857622B (zh) * 2022-05-12 2023-08-22 中国人民解放军空军工程大学 一种旋转爆震燃烧室燃油喷注面积快速可调装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2778820B2 (ja) * 1990-10-05 1998-07-23 株式会社東芝 ガスタービン制御装置
JP4134311B2 (ja) * 2002-03-08 2008-08-20 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 ガスタービン燃焼器
JP4659543B2 (ja) * 2005-07-13 2011-03-30 株式会社日立製作所 ガスタービン燃焼器、その燃料のカーボン化防止方法及びパージ方法
JP2007315327A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Toyota Motor Corp 蒸発燃料処理装置
JP4775643B2 (ja) * 2006-06-06 2011-09-21 株式会社Ihi ガスタービンの燃料切替装置及び方法
US7950238B2 (en) * 2006-10-26 2011-05-31 General Electric Company Method for detecting onset of uncontrolled fuel in a gas turbine combustor
JP2010153227A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 液体燃料の燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013234769A (ja) 2013-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5683102B2 (ja) 気流分割の調節による希薄遅延噴射
US7513100B2 (en) Systems for low emission gas turbine energy generation
JP4659543B2 (ja) ガスタービン燃焼器、その燃料のカーボン化防止方法及びパージ方法
US9708983B2 (en) Gas turbine with sequential combustion arrangement
US20100170219A1 (en) Late lean injection control strategy
US20100170216A1 (en) Late lean injection system configuration
JP2010159956A5 (ja)
US20100170254A1 (en) Late lean injection fuel staging configurations
US20100170251A1 (en) Late lean injection with expanded fuel flexibility
EP2206964A2 (en) Late lean injection fuel injector configurations
US10995679B2 (en) Gas turbine combustor, gas turbine, and control method for gas turbine combustor
JP2010159955A (ja) 燃料の融通性を得るための遅延希薄噴射
JP4409566B2 (ja) 希薄予混合型燃焼装置とその制御方法
EP2487420A2 (en) System and method for operating a combustor
JP5877119B2 (ja) ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法
WO2016056180A1 (ja) ガスタービンエンジンの燃焼器及びその運転方法
York et al. Operational flexibility of GE’s F-class gas turbines with the DLN2. 6+ combustion system
JP2008170059A (ja) ガスタービン燃焼器及びその改造方法
JP6148133B2 (ja) ガスタービン燃焼器及びガスタービンシステム
JP2007154701A (ja) ガスタービン燃焼器,ガスタービン燃焼器の改造方法及びその燃料供給方法
EP2487416A2 (en) System and method for operating a combustor
EP2487419A2 (en) System and method for operating a combustor
US20200018232A1 (en) Independently controlled three stage water injection in a diffusion burner
JP5464376B2 (ja) 燃焼器、ガスタービン及び燃焼器の燃料制御方法
JP5507504B2 (ja) ガスタービン燃焼器

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20140123

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140224

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140225

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140227

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20140827

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150108

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160125

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5877119

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250