JP5906137B2

JP5906137B2 - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JP5906137B2
Application number: JP2012119112A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　武雄; 武雄齋藤; 小金沢　知己; 知己小金沢; 圭祐三浦; 一幾阿部
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: JP2013245598A

Description

本発明はガスタービン燃焼器に係り、特にガスタービン燃焼器の運転制御性の複雑化や、ガスタービン製作コストの増加を抑制して、ガスタービン燃焼器の燃焼性能を向上させるガスタービン燃焼器に関するものである。

近年、地球環境保全の観点から大気汚染物質の排出に関する規制は厳格化しており、ガスタービン燃焼器に関しては、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させるべく、様々な燃焼方式が研究されている。

その中でも特開２００６−１７３８１号公報に開示しているように、燃料と空気とを同軸噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式(以下、クラスタバーナと表記)では、空気と燃料を予混合してから燃焼させる従来の予混合燃焼方式と比較して、非常に短い距離で効果的に混合を促進させる事が可能であり、ＮＯｘの排出量を低く抑えることが可能である。

特開２００６−１７３８１号公報

特開２００６−１７３８１号公報に開示されたガスタービン燃焼器の技術では、クラスターバーナの燃料ノズルおよび空気孔構造の改善により、ＮＯｘ排出量を低減し、且つ燃焼安定性の向上を図っている。

しかしながら、昨今の更なる低ＮＯｘ化の潮流から、燃焼場における燃料流量と空気流量の比率(以下、燃空比と表記)を低下させて、ＮＯｘ排出量を更に低減させる必要性が生じている。

一般に燃空比が低くなると火炎の安定性が低下するため、ＮＯｘ排出量の低減と共に、火炎安定性を向上させる施策が必要となる。

ところで、ＮＯｘ排出量の低減と火炎の安定性の向上を図るための方策の一つとして、クラスターバーナに供給する燃料を、クラスターバーナの中央部と外周部の２系統に分割して、中央部には燃空比の高い安定した火炎を形成し、中央部の安定火炎を火種にすることで外周部の燃空比を低くしてＮＯｘ排出量を低減させる方法が考えられる。

しかしながら、上記した方法では、クラスターバーナに燃料を供給する燃料系統の数を増やす必要があり、増加した燃料系統に燃料弁を追設することによってガスタービン燃焼器の運転制御が複雑化するだけでなく、ガスタービン燃焼器の製作コストが増加するという課題がある。

本発明の目的は、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化及びガスタービン燃焼器の製作コスト増加を回避し、ガスタービン燃焼器の燃焼性能の向上とＮＯｘ排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を提供することにある。

本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナに燃料を供給する燃料供給系統をバーナ軸心側となるバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統と、バーナ中央部の外周側となるバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、前記バーナ外周部燃料系統には燃料の圧力を調節する圧力調整弁および燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、前記バーナ中央部燃料系統に流路の径を小さくしたオリフィスを設置したことを特徴とする。

また本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナに燃料を供給する燃料供給系統をバーナ軸心側となるバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統と、バーナ中央部の外周側となるバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、前記バーナ外周部燃料系統には燃料の圧力を調節する圧力調整弁および燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、前記バーナ中央部燃料系統に三方弁を設置し、この三方弁の下流側に孔径が異なっており燃料の流量を絞る複数の絞り部を設置して、前記三方弁を切り替えることにより前記複数の絞り部を通る燃料系統を切り替えるように構成したことを特徴とする。

また本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のクラスターバーナと、ガスタービン燃焼器の外周側には燃料と空気を予め混合して燃焼させ火炎を形成する予混合燃焼バーナを備えた構成のガスタービン燃焼器において、前記クラスターバーナに燃料を供給する燃料供給系統をクラスターバーナ軸心側となるバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統と、バーナ中央部の外周側となるバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、前記バーナ外周部燃料系統に燃料の圧力を調節する圧力調整弁および燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、前記バーナ中央部燃料系統に流路の径を小さくしたオリフィスを設置し、前記予混合バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系統を前記圧力調整弁の下流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐して配設し、前記予混合燃料供給系統に燃料の圧力を調節する別の圧力調整弁を設置したことを特徴とする。

また本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のクラスターバーナをガスタービン燃焼器の軸心側の中央部と、ガスタービン燃焼器の外周部とにマルチ状に複数個備えた構成のガスタービン燃焼器において、前記クラスターバーナに燃料を供給する燃料供給系統を前記クラスターバーナのバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統とバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、前記バーナ外周部燃料系統に燃料の圧力を調節する圧力調整弁を設置し、前記圧力調整弁の下流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐して前記クラスターバーナのバーナ外周部に燃料を供給する第１の燃料系統を複数配設し、前記クラスターバーナのバーナ外周部に燃料を供給する複数の燃料系統に燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、前記バーナ中央部燃料系統から分岐して前記クラスターバーナのバーナ中央部に燃料を供給する第２の燃料系統を複数配設し、前記第２の燃料系統に流路の径を小さくしたオリフィスを設置したことを特徴とする。

本発明によれば、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化及びガスタービン燃焼器の製作コスト増加を回避し、ガスタービン燃焼器の燃焼性能の向上とＮＯｘ排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

本発明の実施例のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンの構成を示す概略図。本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器のクラスターバーナ構造及び燃料系統を示す部分図。本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器のクラスターバーナ構造及び燃料系統を示す部分図。本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器のクラスターバーナ構造及び燃料系統を示す部分図。本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器のマルチクラスタバーナ構造及び燃料系統を示す部分図。図５に示した第４実施例であるガスタービン燃焼器のマルチクラスタバーナ構造をＢ−Ｂ方向から見た矢視図。

本発明の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。

本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器について、図１及び図２を用いて説明する。

図１は本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンの概略構成を示しており、図１に示したガスタービンにおいて、空気圧縮機１１０から吐出された高圧空気１２０はディフューザ１３０から車室１４０に導入され、ガスタービン燃焼器１００の尾筒フロースリーブ１５０に設けられた空気導入孔１５１から、尾筒フロースリーブ１５０と、前記尾筒フロースリーブ１５０の内側に配設した尾筒１５２との間隙に形成された流路に流入する。

この間隙に形成された流路に流入した高圧空気１２０は、その後、ガスタービン燃焼器１００のライナ１５３と、前記ライナ１５３の外周側でライナ１５３と同心円上に配置されたライナフロースリーブ１５４との間隙に形成された流路を流れた後に流れを反転させ、燃料供給系統１から導入されクラスタノズルを構成する複数の燃料ノズル３１、３２から噴射される燃料と混合してライナ１５３内部の燃焼室１６０で燃焼して火炎１５６を形成し、高温高圧の燃焼ガス１７０を発生させる。

このようにガスタービン燃焼器１００で発生した高温高圧の燃焼ガス１７０は尾筒１５２を流下してタービン１８０に導入される。

ガスタービンを構成するタービン１８０では、このタービン１８０に導入された高温高圧の燃焼ガス１７０が断熱膨張する際に発生する仕事量をタービン１８０で軸回転力に転換することにより、前記タービン１８０にタービン軸で連結した発電機１９０を駆動して前記発電機１９０から出力を得ている。

ガスタービンを構成する空気圧縮機１１０と発電機１９０は、タービン１８０と前記タービン軸で連結されている。但し、空気圧縮機１１０、タービン１８０、及び発電機１９０は前記タービン軸が１軸の構成でなくて、２軸以上の構成のタービン軸であってもよい。

また、一般に火力発電所等で広く使用されているガスタービンは、タービン軸に対してガスタービン燃焼器が放射状に複数缶配列された構成となっている。

図２は図１に示したガスタービンに備えられた本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器１００におけるクラスターバーナ構造及び燃料系統を示す部分図であり、燃料系統１を通じてガスタービン燃焼器１００におけるクラスターバーナに供給される燃料は、燃料系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部にて燃料系統１からバーナ中央部燃料系統１０とバーナ外周部燃料系統２０にそれぞれ分岐されて供給される構成となっている。

分岐した一方のバーナ中央部燃料系統１０を通じて供給される燃料は、このバーナ中央部燃料系統１０に設置したオリフィス１１を経由した後にクラスターバーナを構成する軸心側のバーナ中央部に導入される。

また、分岐した他方のバーナ外周部燃料系統２０を通じて供給される燃料は、このバーナ外周部燃料系統２０に夫々設置された圧力調整弁２１、流量調整弁２２を経由した後にクラスターバーナを構成する外周側のバーナ外周部に導入される。

クラスターバーナには軸心側に位置するバーナ中央部の複数の燃料ノズル３２と、該バーナ中央部の燃料ノズル３２の外周側に位置するバーナ外周部の複数の燃料ノズル３１が設けられており、前記複数の燃料ノズル３２及び複数の燃料ノズル３１は、これらの燃料ノズル３１，３２の下流側に近接して配置された空気孔プレート３３に形成された複数の空気孔３４と１対１に対応して、これらの複数の空気孔３４と同軸上となるようにそれぞれ配置されている。

前記バーナ中央部の複数の燃料ノズル３２及びバーナ外周部の複数の燃料ノズル３１から空気孔プレート３３に形成された複数の空気孔３４に向かって噴射された燃料は、空気圧縮機１１０から供給された燃焼空気と共に燃焼室１６０に噴出されて急速混合して燃焼し、火炎を形成して高温高圧の燃焼ガス１７０を発生させる。

本実施例のガスタービン燃焼器１００において、燃料系統１に設置した遮断弁２の下流部の燃料圧力は通常２〜３ＭＰａであり、またガスタービン燃焼器１００の燃焼室１６０内の圧力は１〜２ＭＰａであることから、前記遮断弁２の下流部で燃料系統１から分岐した前記バーナ中央部燃料系統１０に設置したオリフィス１１の前後の圧力差を大きくすることができるので、前記バーナ中央部の複数の燃料ノズル３２に供給される燃料は前記オリフィス１１によってチョークし、ガスタービン燃焼器１００の燃焼室１６０内の圧力に関係なく前記バーナ中央部燃料系統１０を通じて常に所定の流量の燃料を前記バーナ中央部の複数の燃料ノズル３２に供給することが出来る。

したがって、図１に示す構成の本実施例のガスタービン燃焼器１００においては、クラスターバーナの火炎安定性の向上及びＮＯｘ排出量の低減を図るため、ガスタービン燃焼器に供給される燃料系統を２系統に分割して配設した場合でも、分割して配設した燃料系統に燃料調整弁を追設する必要は無く、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化及びガスタービン燃焼器の製作コスト増加を回避することが可能なガスタービン燃焼器が実現できる。

また本実施例のガスタービン燃焼器１００では、分割して配設した燃料系統に設置したオリフィス１１によって供給する燃料の燃料流量をチョークさせることで、常に所定の流量をクラスターバーナのバーナ中央部に安定供給することが可能となる。

また本実施例のガスタービン燃焼器１００では、クラスターバーナのバーナ中央部に燃空比の高い安定した火炎を形成し、クラスターバーナのバーナ中央部の安定火炎を火種とすることによってバーナ外周部の燃空比を低くすることが可能になるので、ＮＯｘ排出量を低減させることができる。

本実施例によれば、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化及びガスタービン燃焼器の製作コストの増加を回避し、ガスタービン燃焼器の燃焼性能の向上とＮＯｘ排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器について図３を用いて説明する。

図３に示した本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料系統は、図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器１００のそれらと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

図３に示した本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料系統において、燃料系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部で燃料系統１から分岐した前記バーナ中央部燃料系統１０の途中に三方弁１２を設け、この三方弁１２の下流側に前記バーナ中央部燃料系統１０から分岐する分岐配管を配設すると共に、これらの分岐配管にオリフィスの絞り部の孔径が互いに異なる２個のオリフィス１３、１４をそれぞれ設置し、更に、これらの分岐配管を合流させて前記三方弁１２、オリフィス１３、１４を経た燃料をクラスターバーナの軸心側に位置するバーナ中央部の複数の燃料ノズル３２から空気孔プレート３３に形成された複数の空気孔３４に向かって噴射するようにした構成である。

本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料供給系統では、燃料系統１から分岐した前記バーナ外周部燃料系統２０に圧力調整弁２１及び流量調整弁２２を設置して、クラスターバーナを構成する外周側のバーナ外周部に供給する燃料の流量を制御する。

更に、本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料供給系統では、燃料系統１から分岐した前記バーナ中央部燃料系統１０に三方弁１２を設け、この三方弁１２の下流側にオリフィスの絞り部の孔径が互いに異なっており、起動時及び低負荷時に使用する小孔径のオリフィス１３と、高負荷時に使用する大孔径のオリフィス１４との２個のオリフィス１３、１４を備えた分岐配管を配設したことにより、前記三方弁１２の切り替え操作によって小孔径のオリフィス１３を設置した一方の分岐配管、又は大孔径のオリフィス１４を設置した他方の分岐配管を通じて燃料を供給するように供給経路を切り替えて燃料を供給することが可能となり、オリフィス１３及びオリフィス１４で絞り部の孔径を変えることで、ガスタービンプラントの運転状態に応じてガスタービン燃焼器１００のバーナ中央部に供給する燃料流量を流量が互いに異なる二通りの流量に変化させることが可能となる。

また前記三方弁の下流部に更に別の三方弁を設けることで、ガスタービン燃焼器１００のバーナ中央部に供給する燃料流量を流量が互いに異なる三通りの流量に変化させることも可能である。

本実施例のガスタービン燃焼器１００では、燃料系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部から分岐したバーナ中央部燃料系統１０に三方弁１２を設け、この三方弁１２の下流側にオリフィスの絞り部の孔径が互いに異なる２個のオリフィス１３、１４を備えた分岐配管を配設した構成にしたことによって、ガスタービンプラントの出力に応じて燃料供給を制御する場合でも、本実施例のガスタービン燃焼器１００では前記三方弁１２と、小孔径のオリフィス１３又は大孔径のオリフィス１４の簡単な切替制御だけでガスタービンプラントの出力に対応した燃料流量の制御が可能な、所謂ＯＮ−ＯＦＦ制御と同様の制御になるため、ガスタービン燃焼器の燃料制御を非常に簡略化することができる。

上記したように、本実施例のガスタービン燃焼器では、クラスターバーナの火炎安定性向上およびＮＯｘ排出量低減を図るためにガスタービン燃焼器に供給される燃料系統をバーナ中央部に供給する燃料系統と、バーナ外周部に供給する燃料系統との２系統の燃料系統に分割した場合でも、分割した燃料供給系統に燃料調整弁を追設する必要は無く、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化、およびガスタービン製作コスト増加を回避することが可能となる。

次に本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器について図４を用いて説明する。

図４に示した本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料系統は、図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器１００のそれらと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

図４に示した本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料系統において、本実施例のガスタービン燃焼器１００は、バーナ中央部にクラスターバーナ５０を配置し、このクラスターバーナ５０の外周側となるバーナ外周部には、予混合ノズル１５５から噴射した燃料と空気とを予混合し、この予混合した予混合ガスを前記予混合ノズル１５５の下流側に設置した保炎器４１の下流に流下させて燃焼させ、ガスタービン燃焼器１００のライナ１５３の内側に設けた燃焼室１６０内に予混合火炎を形成する予混合バーナ１５７を複数個配置した構成のガスタービン燃焼器である。

前記ガスタービン燃焼器１００のバーナ中央部のクラスターバーナ５０及びバーナ外周部の予混合バーナ１５７に供給される燃料の燃料供給系統は、前記燃料系統１から供給される燃料が該燃料系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部にて燃料系統１に接続し、バーナ外周部に燃料を供給するクラスターバーナ外周部燃料系統７０と、このクラスターバーナ外周部燃料系統７０から分岐してバーナ中央部に燃料を供給するクラスターバーナ中央部燃料系統６０と、前記クラスターバーナ外周部燃料系統７０から更に分岐して予混合燃料を予混合バーナ１５７に供給する予混合バーナ燃料系統７５とから構成されている。

燃料系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部のクラスターバーナ外周部燃料系統７０には圧力調整弁７１が設けられており、この圧力調整弁７１によって圧力を調節した燃料は、前記クラスターバーナ外周部燃料系統７０に設置した燃料調整弁７３及びクラスターバーナ外周部燃料系統７０から分岐した予混合バーナ燃料系統７５に設置した燃料調整弁７４によってクラスターバーナ外周部、および予混合バーナ１５７の予混合燃料ノズル１５５にそれぞれ供給される燃料流量が調整されるように構成されている。

一方、燃料遮断弁２の下流部でクラスターバーナ外周部燃料系統７０から分岐した前記クラスターバーナ中央部燃料系統６０にはオリフィス６１が設けられており、前記クラスターバーナ外周部燃料系統７０に設置した燃料調整弁７３及びクラスターバーナ外周部燃料系統７０から分岐した予混合バーナ燃料系統７５に設置した燃料調整弁７４によってクラスターバーナ外周部、および予混合バーナ１５７の予混合燃料ノズル１５５にそれぞれ供給される燃料流量が調整されることから、クラスターバーナの火炎安定性向上およびＮＯｘ排出量低減を図るためにガスタービン燃焼器に供給される燃料系統をバーナ中央部に供給する燃料系統と、バーナ外周部に供給する燃料系統との２系統の燃料系統に分割した場合でも、分割した燃料供給系統に燃料調整弁を追設する必要は無く、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化、およびガスタービン製作コスト増加を回避することが可能となる。

また、ガスタービンプラントの出力に応じて燃料供給を制御する場合でも、本実施例のガスタービン燃焼器１００では前記オリフィス６１と、前記燃料調整弁７３、７４の制御だけでガスタービンプラントの出力に対応した燃料流量の制御が可能になるため、ガスタービン燃焼器の燃料制御を非常に簡略化することができ、更に、オリフィス６１で燃料流量がチョークすることで、常に所定の流量をバーナ中央部に安定供給することが可能となる。

次に本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器について図５及び図６を用いて説明する。

図５及び図６に示した本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料系統は、図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器１００のそれらと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

図５及び図６に示した本実施例のガスタービン燃焼器１００は、クラスターバーナをバーナの軸中心の中央部に１個と、バーナの外周部に複数個のマルチ状に配置した構成となっている。

図６は図５に示したガスタービン燃焼器１００を燃焼室内でＢ−Ｂ方向から見た矢視図である。

図６に示した本実施例のガスタービン燃焼器１００のクラスターバーナ構造及び燃料系統において、本実施例のガスタービン燃焼器１００は、バーナ中央部にクラスターバーナ５１を１個配置し、このクラスターバーナ５１の外周側となるバーナ外周部にクラスターバーナ５２を合計６個配置させたマルチクラスタ構造のガスタービン燃焼器である。

前記ガスタービン燃焼器１００のバーナ中央部のクラスターバーナ５１及びバーナ外周部の６個のクラスターバーナ５２に燃料を供給する燃料供給系統は、前記燃料供給系統１から供給される燃料が該燃料系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部にて前記燃料系統１から分岐してバーナ中央部のクラスターバーナ５１の中央部、及びバーナ外周部の６個のクラスターバーナ５２の中央部に燃料をそれぞれ供給するクラスターバーナ中央部燃料系統８０が複数系統配設されている。

前記燃料供給系統は、燃料系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部で燃料供給系統１と接続したクラスターバーナ外周部燃料系統９０には圧力調整弁９４が設けられており、この圧力調整弁９４によって圧力を調節した燃料は、前記クラスターバーナ外周部燃料系統９０から更に分岐してバーナ中央部のクラスターバーナ５１におけるクラスターバーナ外周部に燃料を供給する燃料系統９０ａに設置した燃料調整弁９１、及びバーナ外周部の６個のクラスターバーナ５２におけるクラスターバーナ外周部に燃料を供給する複数の燃料系統９０ｂに設置した燃料調整弁９２によってクラスターバーナ５１及びバーナ外周部の６個のクラスターバーナ５２の各クラスターバーナ外周部に供給される燃料流量がそれぞれ調整されるように構成されている。

更に前記燃料供給系統は、燃料供給系統１に設置した燃料遮断弁２の下流部でクラスターバーナ外周部燃料系統９０から分岐し、複数系統配設されている前記クラスターバーナ中央部燃料系統８０から更に分岐した燃料系統８０ａ、８０ｂにはオリフィス８１、８２、８３がそれぞれ設けられている。

また、燃料遮断弁２の下流部で燃料供給系統１から分岐し、複数系統配設されている前記クラスターバーナ外周部燃料系統９０のうち、バーナ中央部の１個のクラスターバーナ５１の外周部に燃料を供給するクラスターバーナ外周部燃料系統９０には燃料調整弁９１が設置され、バーナ外周部の６個のクラスターバーナ５２の外周部に燃料を供給するクラスターバーナ外周部燃料系統９０には燃料調整弁９２がそれぞれ設置された構成となっていることから、前記複数のクラスターバーナ外周部燃料系統９０に設置した燃料調整弁９１、９２によって１個のクラスターバーナ５１及び６個のクラスターバーナ５２のクラスターバーナ外周部にそれぞれ供給される燃料流量が調整されるので、クラスターバーナの火炎安定性向上およびＮＯｘ排出量低減を図るためにガスタービン燃焼器に供給される燃料供給系統をバーナ中央部に供給する燃料供給系統と、バーナ外周部に供給する燃料供給系統との２系統の燃料供給系統に分割した場合でも、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化及びガスタービン燃焼器の製作コスト増加を回避したガスタービン燃焼器の燃料制御を行うことが可能となる。

本実施例のガスタービン燃焼器の燃料供給系統は、燃料供給系統１から供給される燃料が燃料遮断弁２の下流部にてクラスターバーナの中央燃料系統８０と、クラスターバーナ外周燃料系統９０とに分岐されており、このクラスターバーナ外周部燃料系統９０の下流で圧力調整弁９４を設けて燃料圧力を調節した後に、クラスターバーナ外周部燃料系統９０から分岐した燃料系統９０ａに設置した燃料調整弁９１によってバーナ中央部のクラスターバーナ５１のクラスターバーナ外周部に供給する燃料を調整する。

また、クラスターバーナ外周部燃料系統９０から分岐した複数の燃料系統９０ｂに設置した燃料調整弁９２によってバーナ外周部の６個のクラスターバーナ５２のクラスターバーナ外周部に供給する燃料を調整する。

一方、クラスターバーナ中央部燃料系統８０から分岐し、バーナ中央部のクラスターバーナ５１のクラスターバーナ中央部に燃料を供給する燃料系統８０ａにはオリフィス８１を設け、バーナ外周部の６個のクラスターバーナ５２のクラスターバーナ中央部に燃料を供給する複数の燃料系統８０ｂにはオリフィス８２をそれぞれ設けることで、第１実施例のガスタービン燃焼器と同様に、プラント負荷に寄らず常に安定した燃料をクラスターバーナ中央部に供給することが可能となる。

上述した構成のクラスターバーナをマルチ状に配置した本実施例のガスタービン燃焼器では、各クラスターバーナの火炎安定性向上およびＮＯｘ排出量低減を図るために燃料供給系統を各々２系統に分割した場合でも、分割した燃料供給系統に燃料調整弁を追設する必要は無く、ガスタービン燃焼器の運転制御の複雑化、およびガスタービン製作コスト増加を回避することが可能となる。

また、ガスタービンプラントの出力に応じて燃料供給を制御する場合でも、本実施例のガスタービン燃焼器１００では前記オリフィス８１、８２と、前記燃料調整弁９１、９２の制御だけでガスタービンプラントの出力に対応した燃料流量の制御が可能になるため、ガスタービン燃焼器の燃料制御を非常に簡略化することができ、更に、分割した燃料供給系統に設置したオリフィス８１，８２で燃料流量がチョークすることで、常に所定の流量を各クラスターバーナの中央部に安定供給することが可能となる。

１：燃料供給系統、２：燃料遮断弁、１０：バーナ中央部燃料系統、１１、１３、１４：オリフィス、１２：三方弁、２０：バーナ外周部燃料系統、２１：圧力調整弁、２２、２３、２４：燃料調整弁、３０、３１、３２：燃料ノズル、３３：バーナプレート、３４：空気孔、４０：拡散バーナ、４１：保炎器、４２：拡散燃料流、５０、５１、５２：クラスターバーナ、６０：クラスターバーナ中央部燃料系統、６１：オリフィス、７１：圧力調整弁、７２：クラスターバーナ外周部燃料系統、７３：燃料調整弁、８０：クラスターバーナ中央部燃料系統、８０ａ、８０ｂ：燃料系統、８１、８２：オリフィス、９０ａ、９０ｂ：燃料系統、９０：クラスターバーナ外周部燃料系統、９１、９２：燃料調整弁、９４：圧力調整弁、１１０：空気圧縮機、１２０：高圧空気、１３０：ディフューザ、１４０：車室、１５０：尾筒フロースリーブ、１５１：空気導入孔、１５２：尾筒、１５３：ライナ、１５４：ライナフロースリーブ、１５５：予混合燃料ノズル、１５６：予混合火炎、１６０：燃焼室、１７０：高温燃焼ガス流、１８０：タービン、１９０：発電機。

Claims

燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、
空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器において、
前記バーナに燃料を供給する燃料供給系統をバーナ軸心側となるバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統と、バーナ中央部の外周側となるバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、
前記バーナ外周部燃料系統には燃料の圧力を調節する圧力調整弁および燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、
前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、
前記バーナ中央部燃料系統に流路の径を小さくしたオリフィスを設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、
空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器において、
前記バーナに燃料を供給する燃料供給系統をバーナ軸心側となるバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統と、バーナ中央部の外周側となるバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、
前記バーナ外周部燃料系統には燃料の圧力を調節する圧力調整弁および燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、
前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、
前記バーナ中央部燃料系統に三方弁を設置し、この三方弁の下流側に孔径が異なっており燃料の流量を絞る複数の絞り部を設置して、前記三方弁を切り替えることにより前記複数の絞り部を通る燃料系統を切り替えるように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、
空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のクラスターバーナと、
ガスタービン燃焼器の外周側には燃料と空気を予め混合して燃焼させ火炎を形成する予混合燃焼バーナを備えた構成のガスタービン燃焼器において、
前記クラスターバーナに燃料を供給する燃料供給系統をクラスターバーナ軸心側となるバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統と、バーナ中央部の外周側となるバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、
前記バーナ外周部燃料系統に燃料の圧力を調節する圧力調整弁および燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、
前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、
前記バーナ中央部燃料系統に流路の径を小さくしたオリフィスを設置し、
前記予混合バーナに燃料を供給する予混合燃料供給系統を前記圧力調整弁の下流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐して配設し、
前記予混合燃料供給系統に燃料の圧力を調節する別の圧力調整弁を設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
燃料と空気を混合して燃焼させ燃焼ガスを発生させる燃焼室と、
空気を燃焼室に噴出させる複数の空気孔を形成したバーナプレートと、燃料を前記バーナプレートの空気孔に向かって噴出させる複数の燃料ノズルを備え、燃料と空気とが複数の同軸噴流として前記燃焼室に噴出されるように前記燃料ノズルと前記空気孔を同軸上に配置した構成のクラスターバーナをガスタービン燃焼器の軸心側の中央部と、ガスタービン燃焼器の外周部とにマルチ状に複数個備えた構成のガスタービン燃焼器において、
前記クラスターバーナに燃料を供給する燃料供給系統を前記クラスターバーナのバーナ中央部に供給するバーナ中央部燃料系統とバーナ外周部に供給するバーナ外周部燃料系統との二系統配設し、
前記バーナ外周部燃料系統に燃料の圧力を調節する圧力調整弁を設置し、
前記圧力調整弁の下流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐して前記クラスターバーナのバーナ外周部に燃料を供給する第１の燃料系統を複数配設し、
前記クラスターバーナのバーナ外周部に燃料を供給する複数の燃料系統に燃料の流量を調節する流量調整弁をそれぞれ設置し、
前記バーナ中央部燃料系統は前記圧力調整弁の上流部の前記バーナ外周部燃料系統から分岐するように構成し、
前記バーナ中央部燃料系統から分岐して前記クラスターバーナのバーナ中央部に燃料を供給する第２の燃料系統を複数配設し、
前記第２の燃料系統に流路の径を小さくしたオリフィスを設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。