JP7023051B2 - Gas turbine combustor and power generation system - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービン燃焼器及び発電システムに関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor and a power generation system.

例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。ガスタービンは、空気を圧縮機により圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスによりタービンを駆動している。また、ガスタービンでは、タービンに連結された発電機を駆動して発電を行うことができる。
また、このようなガスタービンにガス化炉を適用した複合発電システムがある。複合発電システムでは、ガス化炉で固体燃料または液体燃料をガス化し、生成したガスを燃料としてガスタービンへ送給して燃焼させ、発生した燃焼ガスによりタービンを駆動して発電している。また、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成させ、生成された蒸気により蒸気タービンを駆動して発電している。
For example, a gas turbine is composed of a compressor, a combustor, and a turbine. A gas turbine compresses air with a compressor to produce high-temperature, high-pressure compressed air, and a combustor supplies fuel to the compressed air for combustion, and the turbine is driven by high-temperature, high-pressure combustion gas. is doing. Further, in a gas turbine, a generator connected to the turbine can be driven to generate electricity.
In addition, there is a combined cycle power generation system in which a gasification furnace is applied to such a gas turbine. In the combined power generation system, solid fuel or liquid fuel is gasified in a gasifier, and the generated gas is sent to a gas turbine for combustion, and the generated combustion gas drives the turbine to generate electricity. Further, the high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine is sent to the boiler to generate steam, and the generated steam drives the steam turbine to generate power.

ところで、上述した複合発電システムでは、ガスタービンから排出された排気ガスに、二酸化炭素(CO)が含まれている。
特許文献1には、ガス化炉と、排気ガスにガス燃料と酸素を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせた複合発電システムが記載されている。この複合発電システムは、圧縮機から排出された排気循環ガスに酸素を混入し、燃焼器で燃焼させている。また、この複合発電システムでは、安全性、及び、燃焼器の圧力損失を考慮して酸素を燃焼領域の直前に投入している。
By the way, in the above-mentioned combined power generation system, carbon dioxide (CO 2 ) is contained in the exhaust gas discharged from the gas turbine.
Patent Document 1 describes a combined power generation system in which a gasifier and a closed gas turbine that mixes gas fuel and oxygen with exhaust gas and burns them are combined. In this combined cycle power generation system, oxygen is mixed with the exhaust circulating gas discharged from the compressor and burned by a combustor. Further, in this combined cycle power generation system, oxygen is input immediately before the combustion region in consideration of safety and pressure loss of the combustor.

特開2011-94573号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-94573

ところで、特許文献1に記載の複合発電システムにおいては、酸素を一気に投入するため、燃焼ガスの温度が高くなり、輻射強度が非常に強くなるため好ましくない。また、燃焼ガスの温度が高すぎると、燃料中にわずかに窒素成分が含まれている場合に大量のNOxが生成されるという課題がある。 By the way, in the combined cycle power generation system described in Patent Document 1, since oxygen is input at once, the temperature of the combustion gas becomes high and the radiant intensity becomes very strong, which is not preferable. Further, if the temperature of the combustion gas is too high, there is a problem that a large amount of NOx is generated when the fuel contains a small amount of nitrogen components.

この発明は、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができ、ガス燃料中に窒素成分が含まれている場合においても、NOxの生成を抑制することができるガスタービン燃焼器及び発電システムを提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a gas turbine combustor and a power generation system capable of reducing the combustion gas temperature and radiation intensity and suppressing the generation of NOx even when the gas fuel contains a nitrogen component. The purpose is to provide.

本発明の第一の態様によれば、ガスタービン燃焼器は、軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第一不活性ガス供給部と、前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第二不活性ガス供給部と、前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、前記第二不活性ガス供給部から前記不活性ガスとともに前記燃焼筒内に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有し、前記第一酸素供給部から供給される酸素の流量は、前記第二酸素供給部から供給される酸素の流量よりも多い。 According to the first aspect of the present invention, the gas turbine combustor has a combustion cylinder having a tubular shape centered on an axis, and an inert gas from the upstream side of the combustion cylinder to the outer peripheral side of the combustion cylinder. The first inert gas supply unit to be supplied, the second inert gas supply unit that supplies the inert gas from the radial outside centering on the axis of the combustion cylinder to the central portion in the combustion cylinder, and the first. (Ii) The gas fuel supply unit that supplies gas fuel radially outside the inert gas supplied from the inert gas supply unit, and the second inert gas in the combustion cylinder from the upstream side of the combustion cylinder. A first oxygen supply unit that supplies oxygen radially outward from the inert gas supplied from the supply unit, and a first oxygen supply unit that supplies oxygen into the combustion cylinder together with the inert gas from the second inert gas supply unit. It has two oxygen supply units, and the flow rate of oxygen supplied from the first oxygen supply unit is higher than the flow rate of oxygen supplied from the second oxygen supply unit.

このような構成によれば、燃焼筒内にて中心部に供給される不活性ガスより外側にガス燃料と酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料と酸素との混合が良好となる。これにより、燃焼による酸素の利用率を100%に近づけることができ、不活性ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
また、上記酸素に加えて第二不活性ガス供給部から酸素を供給して、二段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができる。さらに、ガス燃料中に窒素成分が含まれている場合においても、NOxの生成を抑制することができる。
According to such a configuration, the gas fuel and oxygen are supplied adjacent to the outside of the inert gas supplied to the central portion in the combustion cylinder, so that the mixture of the gas fuel and oxygen becomes good. .. As a result, the utilization rate of oxygen due to combustion can be brought close to 100%, the residual oxygen in the inert gas can be suppressed, and the combustion efficiency can be improved.
Further, by supplying oxygen from the second inert gas supply unit in addition to the above oxygen and supplying oxygen in two steps, the combustion gas temperature and the radiant intensity can be reduced. Further, even when the gas fuel contains a nitrogen component, the generation of NOx can be suppressed.

上記ガスタービン燃焼器において、前記第二不活性ガス供給部は、前記燃焼筒の外周面を前記径方向に貫通するスクープを介して前記不活性ガスを前記燃焼筒内に供給してよい。
また、ガスタービン燃焼器は、軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第一不活性ガス供給部と、前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から、前記燃焼筒の外周面を前記径方向に貫通するスクープを介して、前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第二不活性ガス供給部と、前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、 前記スクープを介して前記不活性ガスとともに前記燃焼筒内の前記中心部に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有し、前記第二酸素供給部は、前記スクープの内側で該スクープの中心軸に沿うように延在する第二ノズルを有し、該第二ノズルは、前記スクープ内で前記酸素を噴射してもよい。
In the gas turbine combustor, the second inert gas supply unit may supply the inert gas into the combustion cylinder via a scoop penetrating the outer peripheral surface of the combustion cylinder in the radial direction.
Further, the gas turbine combustor has a combustion cylinder having a tubular shape centered on the axis and a first inert gas supply unit that supplies inert gas from the upstream side of the combustion cylinder to the outer peripheral side of the combustion cylinder. And, from the radial outside centering on the axis of the combustion cylinder, the inert gas is supplied to the central portion in the combustion cylinder via a scoop penetrating the outer peripheral surface of the combustion cylinder in the radial direction. (Ii) From the inert gas supply unit, the gas fuel supply unit that supplies gas fuel radially outside the inert gas supplied from the second inert gas supply unit, and the upstream side of the combustion cylinder, the said The combustion cylinder together with the inert gas through the scoop and the first oxygen supply unit that supplies oxygen radially outward from the inert gas supplied from the second inert gas supply unit in the combustion cylinder. It has a secondary oxygen supply unit that supplies oxygen to the central portion of the inside, and the secondary oxygen supply unit has a second nozzle extending along the central axis of the scoop inside the scoop. The second nozzle may inject the oxygen in the scoop.

このような構成によれば、簡単な構成で第二不活性ガス供給部を構成することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。 According to such a configuration, the second inert gas supply unit can be configured with a simple configuration, and the structure can be simplified.

上記ガスタービン燃焼器において、前記燃焼筒の上流側の前記径方向中心から下流側に向かって酸素を供給する第三酸素供給部を備えてよい。 The gas turbine combustor may include a third oxygen supply unit that supplies oxygen from the radial center on the upstream side of the combustion cylinder toward the downstream side.

このような構成によれば、三段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の更なる低減を図ることができる。 According to such a configuration, the combustion gas temperature and the radiant intensity can be further reduced by supplying oxygen in three stages.

上記ガスタービン燃焼器において、前記燃焼筒の上流側に設けられ、径方向中心から下流側に向かってガス燃料を噴射するパイロットノズルを有し、前記第三酸素供給部は、前記パイロットノズルの先端から酸素を供給してよい。 The gas turbine combustor has a pilot nozzle provided on the upstream side of the combustion cylinder and injects gas fuel from the radial center toward the downstream side, and the third oxygen supply unit is the tip of the pilot nozzle. Oxygen may be supplied from.

このような構成によれば、ガスタービンの起動時における保炎性を向上させることができる。 According to such a configuration, the flame retention property at the time of starting the gas turbine can be improved.

上記ガスタービン燃焼器において、前記第一酸素供給部から供給される酸素の流量は、前記第二酸素供給部から供給される酸素の流量と前記第三酸素供給部から供給される酸素の流量との和よりも多くてよい。
また、ガスタービン燃焼器は、軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第一不活性ガス供給部と、前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第二不活性ガス供給部と、前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、前記第二不活性ガス供給部から前記不活性ガスとともに前記燃焼筒内に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有し、前記燃焼筒の上流側の前記径方向中心から下流側に向かって酸素を供給する第三酸素供給部を備え、前記第一酸素供給部から供給される酸素の流量は、前記第二酸素供給部から供給される酸素の流量と前記第三酸素供給部から供給される酸素の流量との和よりも多くてもよい
In the gas turbine combustor, the flow rate of oxygen supplied from the first oxygen supply unit is the flow rate of oxygen supplied from the second oxygen supply unit and the flow rate of oxygen supplied from the third oxygen supply unit. It may be more than the sum of.
Further, the gas turbine combustor has a combustion cylinder having a tubular shape centered on the axis and a first inert gas supply unit that supplies inert gas from the upstream side of the combustion cylinder to the outer peripheral side of the combustion cylinder. A second inert gas supply unit that supplies an inert gas to the central portion of the combustion cylinder from the radial outside centering on the axis of the combustion cylinder, and a second inert gas supply unit that supplies the inert gas. The gas fuel supply unit that supplies gas fuel radially outside the inert gas, and the inert gas supplied from the second inert gas supply unit in the combustion cylinder from the upstream side of the combustion cylinder. It has a first oxygen supply unit that supplies oxygen radially outside the gas, and a second oxygen supply unit that supplies oxygen from the second inert gas supply unit together with the inert gas into the combustion cylinder. A tertiary oxygen supply unit that supplies oxygen from the radial center on the upstream side of the combustion cylinder to the downstream side is provided, and the flow rate of oxygen supplied from the primary oxygen supply unit is the secondary oxygen. It may be larger than the sum of the flow rate of oxygen supplied from the supply unit and the flow rate of oxygen supplied from the third oxygen supply unit .

このような構成によれば、第一酸素供給部から供給される酸素がより燃焼ガス温度及び輻射強度に対する影響が強いため、燃焼ガス温度及び輻射強度の調整を容易とすることができる。 According to such a configuration, the oxygen supplied from the primary oxygen supply unit has a stronger influence on the combustion gas temperature and the radiant intensity, so that the combustion gas temperature and the radiant intensity can be easily adjusted.

上記ガスタービン燃焼器において、不活性ガスは、二酸化炭素を含有してよい。 In the gas turbine combustor, the inert gas may contain carbon dioxide.

このような構成によれば、不活性ガスが二酸化炭素を含有しており、発生した二酸化炭素を含有する不活性ガスを循環することで、二酸化炭素の排出量を抑制することができる。 According to such a configuration, the inert gas contains carbon dioxide, and the emission of carbon dioxide can be suppressed by circulating the generated inert gas containing carbon dioxide.

本発明の第二の態様によれば、発電システムは、固体燃料または液体燃料をガス化してガス燃料を生成するガス化炉と、酸素を製造する酸素製造装置と、圧縮機で圧縮した排気ガスにガス燃料と酸素を供給した混合気を、上記いずれかのガスタービン燃焼器で燃焼させることで発生させた燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンと、ガスタービンの駆動力により発電する発電機と、前記ガスタービンからの排気ガスを前記圧縮機に戻す循環経路と、を備える発電システムにおいて、前記第一不活性ガス供給部は、前記循環経路を循環する排気循環ガスを前記不活性ガスとして供給し、前記第二不活性ガス供給部は、前記循環経路を循環する前記排気循環ガスを前記不活性ガスとして供給する。 According to the second aspect of the present invention, the power generation system includes a gasification furnace that gasifies solid fuel or liquid fuel to generate gas fuel, an oxygen production device that produces oxygen, and exhaust gas compressed by a compressor. A gas turbine that drives a turbine with combustion gas generated by burning an air-fuel mixture supplied with gas fuel and oxygen in any of the above gas turbine combustors, and a generator that generates power with the driving force of the gas turbine. In a power generation system including a circulation path for returning the exhaust gas from the gas turbine to the compressor, the first inert gas supply unit supplies the exhaust circulation gas circulating in the circulation path as the inert gas. Then, the second inert gas supply unit supplies the exhaust circulating gas circulating in the circulation path as the inert gas.

本発明によれば、燃焼筒内にて中心部に供給される不活性ガスより外側にガス燃料と酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料と酸素との混合が良好となる。これにより、燃焼による酸素の利用率を100%に近づけることができ、不活性ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
また、上記酸素に加えて第二不活性ガス供給部から酸素を供給して、二段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができる。さらに、ガス燃料中に窒素成分が含まれている場合においても、NOxの生成を抑制することができる。
According to the present invention, the gas fuel and oxygen are supplied adjacent to each other outside the inert gas supplied to the central portion in the combustion cylinder, so that the gas fuel and oxygen are mixed well. As a result, the utilization rate of oxygen due to combustion can be brought close to 100%, the residual oxygen in the inert gas can be suppressed, and the combustion efficiency can be improved.
Further, by supplying oxygen from the second inert gas supply unit in addition to the above oxygen and supplying oxygen in two steps, the combustion gas temperature and the radiant intensity can be reduced. Further, even when the gas fuel contains a nitrogen component, the generation of NOx can be suppressed.

本発明の実施形態の発電システムの概略図である。It is a schematic diagram of the power generation system of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の燃焼器の概略図である。It is a schematic diagram of the combustor of the embodiment of this invention. 本発明の実施形態の燃焼器の詳細図である。It is a detailed view of the combustor of embodiment of this invention. 図3のIV-IV断面図であって、燃焼器を下流側から見た図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3, which is a view of the combustor viewed from the downstream side.

以下、本発明の実施形態のガスタービン燃焼器及び発電システムについて図面を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の発電システム1は、ガス化炉11と、ガス精製装置12と、酸素製造装置13と、ガスタービン14と、ガスタービン14の駆動力により発電する第一発電機15と、排熱回収ボイラ16(HRSG)と、蒸気タービン17と、第二発電機18と、を備える複合発電システムである。
Hereinafter, the gas turbine combustor and the power generation system according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the power generation system 1 of the present embodiment is the first to generate electricity by the driving force of the gasifier 11, the gas purification device 12, the oxygen production device 13, the gas turbine 14, and the gas turbine 14. It is a combined power generation system including a generator 15, an exhaust heat recovery boiler 16 (HRSG), a steam turbine 17, and a second generator 18.

ガス化炉11は、固体燃料としての微粉炭(石炭)を不完全燃焼して未燃ガス(H,CO,CO,Nなど)を生成する。ガス精製装置12は、ガス化炉11で生成された未燃ガスから浄化処理などを行うことで、不純物を除去してガス燃料F(H,CO)を精製する。即ち、ガス化炉11で生成された未燃ガスをガス精製装置12の各種装置に通過させることで、自身のもつ熱により硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質を除去することができる。ガス化炉11は、液体燃料をガス化する構成としてもよい。 The gasification furnace 11 incompletely burns pulverized coal (coal) as a solid fuel to generate unburned gas (H 2 , CO, CO 2 , N 2 , etc.). The gas refining apparatus 12 purifies the gas fuel F ( H2, CO) by removing impurities by performing purification treatment or the like from the unburned gas generated in the gasification furnace 11. That is, by passing the unburned gas generated in the gasification furnace 11 through various devices of the gas refining device 12, sulfur compounds, nitrogen compounds and other harmful substances can be removed by the heat of the gas refining device 12. The gasification furnace 11 may be configured to gasify the liquid fuel.

酸素製造装置13は、大気から高濃度の純酸素を製造する。酸素製造装置13は、例えば、深冷分留法(液化分留法)、ゼオライト吸着剤を使用した圧力掃引吸着(PSA)法、カーボンモレキュラーシーブを使用した圧力掃引吸着(PSA)法などの技術を用いた装置を採用することができる。 The oxygen producing apparatus 13 produces a high concentration of pure oxygen from the atmosphere. The oxygen production apparatus 13 has, for example, techniques such as a cold fractional distillation method (liquefied fractional distillation method), a pressure sweep adsorption (PSA) method using a zeolite adsorbent, and a pressure sweep adsorption (PSA) method using a carbon molecular sieve. It is possible to adopt a device using.

ガスタービン14は、圧縮機21と燃焼器22とタービン23とを有している。圧縮機21とタービン23とはタービン軸24を介して連結されている。ガスタービン14と第一発電機15とは、タービン軸24を介して連結されている。 The gas turbine 14 has a compressor 21, a combustor 22, and a turbine 23. The compressor 21 and the turbine 23 are connected via a turbine shaft 24. The gas turbine 14 and the first generator 15 are connected to each other via a turbine shaft 24.

ガスタービン14の圧縮機21と燃焼器22とは、排気循環ガス供給ライン25によって接続されている。
燃焼器22とガス精製装置12とは、ガス燃料供給ライン26によって接続されている。
燃焼器22と酸素製造装置13とは、酸素供給ライン27によって接続されている。燃焼器22とタービン23とは、燃焼ガス供給ライン28によって接続されている。
The compressor 21 of the gas turbine 14 and the combustor 22 are connected by an exhaust circulation gas supply line 25.
The combustor 22 and the gas refiner 12 are connected by a gas fuel supply line 26.
The combustor 22 and the oxygen production device 13 are connected by an oxygen supply line 27. The combustor 22 and the turbine 23 are connected by a combustion gas supply line 28.

排熱回収ボイラ16は、例えば、高圧ボイラと中圧ボイラと低圧ボイラを有している。排熱回収ボイラ16は、ガスタービン14から排出された排気ガスにより各ボイラでそれぞれ蒸気を発生させることができる。
タービン23と排熱回収ボイラ16とは、排気ガス排出ライン29によって接続されている。排気ガス排出ライン29には、タービン23から排出された排気ガスE(CO+HO)が導入される。排熱回収ボイラ16とガスタービン14の圧縮機21とは、排気ガス戻しライン30によって接続されている。排気ガス戻しライン30からは、排気ガス回収ライン31が分岐している。
The exhaust heat recovery boiler 16 has, for example, a high-pressure boiler, a medium-pressure boiler, and a low-pressure boiler. The exhaust heat recovery boiler 16 can generate steam in each boiler by the exhaust gas discharged from the gas turbine 14.
The turbine 23 and the exhaust heat recovery boiler 16 are connected by an exhaust gas discharge line 29. Exhaust gas E (CO 2 + H 2 O) discharged from the turbine 23 is introduced into the exhaust gas discharge line 29. The exhaust heat recovery boiler 16 and the compressor 21 of the gas turbine 14 are connected by an exhaust gas return line 30. The exhaust gas recovery line 31 is branched from the exhaust gas return line 30.

蒸気タービン17は、排熱回収ボイラ16で発生した蒸気が供給されることで駆動し、連結された第二発電機18を運転することができる。蒸気タービン17に供給された蒸気は図示しない復水器に送られて凝縮された後、復水ポンプにより排熱回収ボイラ16に送られる。なお、この場合、ガスタービン14と蒸気タービン17とを同軸上に配置し、一つの発電機を共用してもよい。 The steam turbine 17 is driven by being supplied with the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 16, and can operate the connected second generator 18. The steam supplied to the steam turbine 17 is sent to a condenser (not shown) to be condensed, and then sent to the exhaust heat recovery boiler 16 by a condenser pump. In this case, the gas turbine 14 and the steam turbine 17 may be arranged coaxially to share one generator.

排気循環ガス供給ライン25と、燃焼ガス供給ライン28と、排気ガス排出ライン29と、排気ガス戻しライン30と、により排気ガスEの循環経路が構成される。なお、以下の説明では、タービン23から排出されたガスを排気ガスEと称し、圧縮機21で圧縮され、排気循環ガス供給ライン25により燃焼器22に供給されるガスを排気循環ガスEと呼ぶ。排気ガスEと排気循環ガスEとは温度と圧力が相違するが、同質のガスである。排気ガスEと排気循環ガスEは、不活性ガスとして機能する。 The exhaust gas circulation gas supply line 25, the combustion gas supply line 28, the exhaust gas discharge line 29, and the exhaust gas return line 30 form a circulation path for the exhaust gas E. In the following description, the gas discharged from the turbine 23 is referred to as an exhaust gas E, and the gas compressed by the compressor 21 and supplied to the combustor 22 by the exhaust circulating gas supply line 25 is referred to as an exhaust circulating gas E. .. Exhaust gas E and exhaust circulating gas E are different in temperature and pressure, but are of the same quality. The exhaust gas E and the exhaust circulating gas E function as the inert gas.

次に、本実施形態の発電システム1の作用について説明する。
ガス化炉11では、酸素、窒素、微粉炭が供給され、内部で微粉炭が燃焼して未燃ガスが生成される。未燃ガスは、熱交換器で冷却されてからチャーが除去され、その後、ガス精製装置12で硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質が除去させてガス燃料Fが精製される。
Next, the operation of the power generation system 1 of the present embodiment will be described.
In the gasification furnace 11, oxygen, nitrogen, and pulverized coal are supplied, and the pulverized coal is burned inside to generate unburned gas. The unburned gas is cooled by a heat exchanger and then the char is removed, and then the sulfur compound, the nitrogen compound and other harmful substances are removed by the gas refining apparatus 12 to purify the gas fuel F.

ガスタービン14では、排気ガス戻しライン30を通して圧縮機21に取り込まれた排気ガスEが圧縮されることで高温・高圧の圧縮ガス(排気循環ガスE)となる。圧縮ガスは、排気循環ガスEとして排気循環ガス供給ライン25を介して燃焼器22に送られる。ガス精製装置12で精製されたガス燃料Fがガス燃料供給ライン26を介して燃焼器22に送られるとともに、酸素製造装置13で製造された酸素(O)が酸素供給ライン27を通して燃焼器22に送られる。 In the gas turbine 14, the exhaust gas E taken into the compressor 21 through the exhaust gas return line 30 is compressed to become a high-temperature and high-pressure compressed gas (exhaust circulating gas E). The compressed gas is sent to the combustor 22 as the exhaust circulating gas E via the exhaust circulating gas supply line 25. The gas fuel F refined by the gas purification device 12 is sent to the combustor 22 via the gas fuel supply line 26, and the oxygen (O 2 ) produced by the oxygen production device 13 is sent to the combustor 22 through the oxygen supply line 27. Will be sent to.

燃焼器22では、排気循環ガスEとガス燃料Fと酸素との混合ガスに対して着火され、燃焼する。燃焼器22で生成された高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼ガス供給ライン28を介してタービン23に送られ、図示しない複数の静翼及び動翼を通過することでタービン軸24を駆動回転する。これにより、第一発電機15が作動して発電が行われる。 In the combustor 22, the mixed gas of the exhaust circulating gas E, the gas fuel F, and oxygen is ignited and burned. The high-temperature and high-pressure combustion gas generated by the combustor 22 is sent to the turbine 23 via the combustion gas supply line 28, and drives and rotates the turbine shaft 24 by passing through a plurality of stationary blades and moving blades (not shown). .. As a result, the first generator 15 operates to generate electricity.

タービン23から排出された排気ガスEは、排気ガス排出ライン29を介して排熱回収ボイラ16に送られる。排熱回収ボイラ16では、高温・高圧の排気ガスEにより蒸気が生成される。生成された蒸気は蒸気タービン17に送られ、蒸気タービン17を駆動することで第二発電機18が作動して発電が行われる。排熱回収ボイラ16で熱回収された排気ガスは、排気ガス戻しライン30を介して圧縮機21に戻され、一部が排気ガス回収ライン31を通して回収される。 The exhaust gas E discharged from the turbine 23 is sent to the exhaust heat recovery boiler 16 via the exhaust gas discharge line 29. In the exhaust heat recovery boiler 16, steam is generated by the high-temperature and high-pressure exhaust gas E. The generated steam is sent to the steam turbine 17, and by driving the steam turbine 17, the second generator 18 operates to generate electricity. The exhaust gas heat recovered by the exhaust heat recovery boiler 16 is returned to the compressor 21 via the exhaust gas return line 30, and a part of the exhaust gas is recovered through the exhaust gas recovery line 31.

このように構成された本実施形態の発電システム1では、燃焼器22に排気循環ガスEとガス燃料Fと酸素を供給して燃焼させることから、ガス燃料Fと酸素を十分に混合して効率的に燃焼させる必要がある。 In the power generation system 1 of the present embodiment configured in this way, the exhaust circulating gas E, the gas fuel F, and oxygen are supplied to the combustor 22 for combustion, so that the gas fuel F and oxygen are sufficiently mixed for efficiency. It is necessary to burn it.

図2に示すように、燃焼器22は、軸線Aを中心とする円筒状をなす内筒2と、内筒2の外周側に内筒2の軸線Aと同軸状に設けられた外筒3と、内筒2の下流側Da2に接続されてさらに下流側Da2に延びる燃焼筒4と、内筒2内に配置されたパイロットノズル5及びメインノズル6と、燃焼筒4を貫通するように形成されたスクープ7と、燃焼筒4内に酸素を供給する複数の酸素供給部32(図3参照)と、を備えている。
なお、以下の説明において、内筒2の軸線Aが延びている方向を軸線方向Daとする。また、軸線Aに直交する方向を径方向とし、この径方向で軸線Aから遠ざかる側を径方向外側と言い、この径方向で軸線Aに近づく側を径方向内側という。また、軸線方向Daであって、図2及び図3の左側を上流側Da1、図2及び図3の右側を下流側Da2という。
また、図2及び図3では、酸素を実線の矢印で示し、排気循環ガスEを一点鎖線の矢印で示し、ガス燃料Fを二点鎖線の矢印で示す。
As shown in FIG. 2, the combustor 22 has a cylindrical inner cylinder 2 centered on the axis A and an outer cylinder 3 provided coaxially with the axis A of the inner cylinder 2 on the outer peripheral side of the inner cylinder 2. A combustion cylinder 4 connected to the downstream side Da2 of the inner cylinder 2 and further extending to the downstream side Da2, a pilot nozzle 5 and a main nozzle 6 arranged in the inner cylinder 2, and a combustion cylinder 4 are formed so as to penetrate through the combustion cylinder 4. The scoop 7 is provided with a plurality of oxygen supply units 32 (see FIG. 3) for supplying oxygen into the combustion cylinder 4.
In the following description, the direction in which the axis A of the inner cylinder 2 extends is referred to as the axis direction Da. Further, the direction orthogonal to the axis A is the radial direction, the side away from the axis A in this radial direction is called the radial outside, and the side approaching the axis A in this radial direction is called the radial inside. Further, in the axial direction Da, the left side of FIGS. 2 and 3 is referred to as upstream Da1, and the right side of FIGS. 2 and 3 is referred to as downstream Da2.
Further, in FIGS. 2 and 3, oxygen is indicated by a solid arrow, exhaust circulation gas E is indicated by a one-dot chain arrow, and gas fuel F is indicated by a two-dot chain arrow.

外筒3と内筒2との間には、内筒2の端部2aで反転して下流側Da2に向かうように排気循環ガスEを導入する排気循環ガス流路Rが形成されている。即ち、排気循環ガス流路Rには、排気循環ガス供給ライン25を介して排気循環ガスEが導入される。
外筒3と燃焼筒4との間から燃焼器22内に流入した排気循環ガスEは、図示しない外筒3の端壁で180°転回し、内筒2の内部(メインノズル6)に供給される。
An exhaust circulation gas flow path R is formed between the outer cylinder 3 and the inner cylinder 2 so as to be inverted at the end 2a of the inner cylinder 2 and to introduce the exhaust circulation gas E toward the downstream side Da2. That is, the exhaust circulation gas E is introduced into the exhaust circulation gas flow path R via the exhaust circulation gas supply line 25.
The exhaust gas E flowing into the combustor 22 from between the outer cylinder 3 and the combustion cylinder 4 turns 180 ° at the end wall of the outer cylinder 3 (not shown) and is supplied to the inside of the inner cylinder 2 (main nozzle 6). Will be done.

燃焼筒4は、軸線Aを中心とする筒形状をなし、下流側Da2に排気循環ガスEを流す複数の開口部33を有している。開口部33から流される排気循環ガスEは、フィルム流体として機能する。 The combustion cylinder 4 has a tubular shape centered on the axis A, and has a plurality of openings 33 through which the exhaust gas E flows through the downstream Da2. The exhaust gas E flowing from the opening 33 functions as a film fluid.

スクープ7は、燃焼筒4の外周面を径方向外側から燃焼筒4の中心部に向けて貫通する管状部材である。スクープ7は、周方向に等間隔で4つ設けられている。スクープ7の数はこれに限ることはなく、例えば、8つでもよい。 The scoop 7 is a tubular member that penetrates the outer peripheral surface of the combustion cylinder 4 from the radial outside toward the center of the combustion cylinder 4. Four scoops 7 are provided at equal intervals in the circumferential direction. The number of scoops 7 is not limited to this, and may be, for example, eight.

パイロットノズル5は、燃焼筒4の上流側Da1に内筒2の軸線Aに沿って設けられている。パイロットノズル5は、ガス精製装置12から供給されるガス燃料Fを先端側から下流側Da2に噴射し、ガス燃料Fに着火することで火炎を生成する。即ち、ガス燃料供給ライン26を介して燃焼器22に導入されるガス燃料Fの一部は、パイロットノズル5に供給される。
メインノズル6は、内筒2の径方向内側であって、パイロットノズル5の径方向外側に設けられ、内筒2と同軸状をなすリング形状のノズルである。
The pilot nozzle 5 is provided on the upstream side Da1 of the combustion cylinder 4 along the axis A of the inner cylinder 2. The pilot nozzle 5 injects the gas fuel F supplied from the gas refining device 12 from the tip side to the downstream side Da2 and ignites the gas fuel F to generate a flame. That is, a part of the gas fuel F introduced into the combustor 22 via the gas fuel supply line 26 is supplied to the pilot nozzle 5.
The main nozzle 6 is a ring-shaped nozzle that is provided on the radial inside of the inner cylinder 2 and is provided on the radial outside of the pilot nozzle 5 and is coaxial with the inner cylinder 2.

酸素製造装置13から酸素が導入される酸素供給ライン27は、3つに分岐している。酸素供給ライン27は、第一酸素供給部32a(図3参照、第一ノズル37)に酸素を供給する第一酸素供給ライン27aと、第二酸素供給部32b(図3参照、第二ノズル38)に酸素を供給する第二酸素供給ライン27bと、第三酸素供給部32c(図3参照、パイロットノズル5)に酸素を供給する第三酸素供給ライン27cと、に分岐している。
第一酸素供給ライン27aと第二酸素供給ライン27bと第三酸素供給ライン27cとには、ラインを流れる酸素の流量を調整する調整弁42が設けられている。
The oxygen supply line 27 into which oxygen is introduced from the oxygen production apparatus 13 is branched into three. The oxygen supply line 27 includes a first oxygen supply line 27a that supplies oxygen to the first oxygen supply unit 32a (see FIG. 3, first nozzle 37) and a second oxygen supply unit 32b (see FIG. 3, second nozzle 38). ) Is branched into a second oxygen supply line 27b and a third oxygen supply line 27c that supplies oxygen to the third oxygen supply unit 32c (see FIG. 3, pilot nozzle 5).
The first oxygen supply line 27a, the second oxygen supply line 27b, and the third oxygen supply line 27c are provided with a regulating valve 42 for adjusting the flow rate of oxygen flowing through the lines.

ガス精製装置12から供給されるガス燃料Fは、パイロットノズル5と、メインノズル6に導入される。
排気循環ガス供給ライン25から供給される排気循環ガスEは、排気循環ガス流路Rとともにスクープ7に導入される。即ち、スクープ7は、内筒2の軸線Aを中心とする径方向外側から燃焼筒4内の中心部に排気循環ガスEを供給する第二不活性ガス供給部(第二排気循環ガス供給部)として機能する。本実施形態の燃焼器22では、スクープ7から燃焼筒4の中心部に排気循環ガスEが導入され、燃焼ガスの流れ方向の前後(上流側Da1及び下流側Da2)に流動する。
The gas fuel F supplied from the gas purification apparatus 12 is introduced into the pilot nozzle 5 and the main nozzle 6.
The exhaust gas circulation gas E supplied from the exhaust gas circulation gas supply line 25 is introduced into the scoop 7 together with the exhaust gas circulation gas flow path R. That is, the scoop 7 is a second inert gas supply unit (second exhaust circulation gas supply unit) that supplies the exhaust circulation gas E to the central portion of the combustion cylinder 4 from the radial outside centering on the axis A of the inner cylinder 2. ) Functions. In the combustor 22 of the present embodiment, the exhaust circulation gas E is introduced from the scoop 7 into the center of the combustion cylinder 4 and flows in front of and behind the flow direction of the combustion gas (upstream side Da1 and downstream side Da2).

図3に示すように、本実施形態のメインノズル6は、パイロットノズル5の径方向外側に設けられた環状部材である第一リング8と、第一リング8の径方向外側に設けられた環状部材である第二リング9と、を有している。
メインノズル6は、パイロットノズル5と第一リング8との間に設けられ、排気循環ガスEを噴射する排気循環ガス噴射ノズル部34を有している。同様に、メインノズル6は、第二リング9と内筒2との間に設けられ、排気循環ガスEを噴射する排気循環ガス噴射ノズル部34を有している。即ち、排気循環ガス供給ライン25から供給される排気循環ガスEの一部は、排気循環ガス噴射ノズル部34に導入される。
排気循環ガス噴射ノズル部34には、スワラ36(旋回羽根)が設けられている。スワラ36は、排気循環ガス噴射ノズル部34における流れに旋回力を付与する。
As shown in FIG. 3, the main nozzle 6 of the present embodiment has a first ring 8 which is an annular member provided on the radial outer side of the pilot nozzle 5 and an annular member provided on the radial outer side of the first ring 8. It has a second ring 9 which is a member.
The main nozzle 6 is provided between the pilot nozzle 5 and the first ring 8 and has an exhaust circulation gas injection nozzle portion 34 for injecting the exhaust circulation gas E. Similarly, the main nozzle 6 is provided between the second ring 9 and the inner cylinder 2, and has an exhaust circulation gas injection nozzle portion 34 for injecting the exhaust circulation gas E. That is, a part of the exhaust circulation gas E supplied from the exhaust circulation gas supply line 25 is introduced into the exhaust circulation gas injection nozzle unit 34.
The exhaust circulation gas injection nozzle portion 34 is provided with a swirl 36 (swivel vane). The swirl 36 applies a turning force to the flow in the exhaust circulating gas injection nozzle portion 34.

メインノズル6の排気循環ガス噴射ノズル部34は、燃焼筒4の上流側Da1から燃焼筒4内の外周部側に不活性ガスである排気循環ガスEを供給する第一不活性ガス供給部(第一排気循環ガス供給部)として機能する。 The exhaust circulating gas injection nozzle portion 34 of the main nozzle 6 is a first inert gas supply unit (1st inert gas supply unit) that supplies the exhaust circulating gas E, which is an inert gas, from the upstream side Da1 of the combustion cylinder 4 to the outer peripheral portion side in the combustion cylinder 4. It functions as the first exhaust circulation gas supply unit).

メインノズル6は、第一リング8と第二リング9との間に設けられ、ガス燃料Fを噴射する燃料噴射ノズル部35を有している。燃料噴射ノズル部35の先端部には、複数の燃料噴射孔35aが形成されている。即ち、ガス燃料供給ライン26から供給されるガス燃料Fの一部は、燃料噴射ノズル部35に導入される。燃料噴射ノズル部35は、燃焼筒4内にガス燃料Fを供給するガス燃料供給部として機能する。 The main nozzle 6 is provided between the first ring 8 and the second ring 9, and has a fuel injection nozzle portion 35 for injecting gas fuel F. A plurality of fuel injection holes 35a are formed at the tip of the fuel injection nozzle portion 35. That is, a part of the gas fuel F supplied from the gas fuel supply line 26 is introduced into the fuel injection nozzle unit 35. The fuel injection nozzle unit 35 functions as a gas fuel supply unit that supplies the gas fuel F into the combustion cylinder 4.

パイロットノズル5の先端部には、複数の燃料噴射孔5aと、複数の酸素噴射孔5bが形成されている。図4に示すように、複数の燃料噴射孔5aは、軸線Aを中心とする周方向に間隔をあけて形成されている。複数の酸素噴射孔5bは、複数の燃料噴射孔5aの径方向内側に、周方向に間隔をあけて形成されている。 A plurality of fuel injection holes 5a and a plurality of oxygen injection holes 5b are formed at the tip of the pilot nozzle 5. As shown in FIG. 4, the plurality of fuel injection holes 5a are formed at intervals in the circumferential direction about the axis A. The plurality of oxygen injection holes 5b are formed inside the plurality of fuel injection holes 5a in the radial direction at intervals in the circumferential direction.

本実施形態の酸素供給部32は、外筒3と内筒2との間に形成されている排気循環ガス流路Rにおけるスワラ36より上流側Da1から酸素を供給する第一酸素供給部32aと、スクープ7から酸素を供給する第二酸素供給部32bと、第三酸素供給部32cとして機能するパイロットノズル5と、を有している。 The oxygen supply unit 32 of the present embodiment includes a first oxygen supply unit 32a that supplies oxygen from Da1 on the upstream side of the swirl 36 in the exhaust circulation gas flow path R formed between the outer cylinder 3 and the inner cylinder 2. , A second oxygen supply unit 32b that supplies oxygen from the scoop 7, and a pilot nozzle 5 that functions as a third oxygen supply unit 32c.

第一酸素供給部32aは、内筒2と外筒3との間(径方向の隙間)で、下流側Da2から上流側Da1に向かって延在する第一ノズル37を有している。
第一ノズル37は、第一酸素供給ライン27aと接続されている。第一ノズルの先端部には、複数の酸素噴射孔40が形成されている。酸素噴射孔40は、第一ノズル37の先端部から主に第一ノズル37の延在方向と直交する方向に酸素を噴射するように指向されている。
The first oxygen supply unit 32a has a first nozzle 37 extending from the downstream side Da2 toward the upstream side Da1 between the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 (diameteral gap).
The first nozzle 37 is connected to the first oxygen supply line 27a. A plurality of oxygen injection holes 40 are formed at the tip of the first nozzle. The oxygen injection hole 40 is directed so as to inject oxygen from the tip end portion of the first nozzle 37 mainly in a direction orthogonal to the extending direction of the first nozzle 37.

第二酸素供給部32bは、スクープ7の内周側でスクープ7の中心軸に沿うように延在する第二ノズル38を有している。第二ノズル38の構成は第一ノズル37と同様である。第二ノズル38の酸素噴射孔40から噴射された酸素は、スクープ7を介して導入される排気循環ガスEとともに、燃焼筒4の中心部に導入される。 The second oxygen supply unit 32b has a second nozzle 38 extending along the central axis of the scoop 7 on the inner peripheral side of the scoop 7. The configuration of the second nozzle 38 is the same as that of the first nozzle 37. The oxygen injected from the oxygen injection hole 40 of the second nozzle 38 is introduced into the central portion of the combustion cylinder 4 together with the exhaust circulation gas E introduced through the scoop 7.

第三酸素供給部32cは、パイロットノズル5である。即ち、第三酸素供給ライン27cを介してパイロットノズル5に供給された酸素は、パイロットノズル5の先端部に形成されている酸素噴射孔5bから噴射される。即ち、第三酸素供給ライン27cを介してパイロットノズル5に導入された酸素は、燃焼筒4の上流側Da1の径方向中心から下流側Da2に向かって供給される。 The third oxygen supply unit 32c is a pilot nozzle 5. That is, the oxygen supplied to the pilot nozzle 5 via the third oxygen supply line 27c is injected from the oxygen injection hole 5b formed at the tip of the pilot nozzle 5. That is, the oxygen introduced into the pilot nozzle 5 via the third oxygen supply line 27c is supplied from the radial center of the upstream side Da1 of the combustion cylinder 4 toward the downstream side Da2.

本実施形態の燃焼器22では、第一酸素供給部32a(第一ノズル37)から供給される酸素の流量は、第二酸素供給部32b(第二ノズル38)から供給される酸素の流量と第三酸素供給部32cであるパイロットノズル5から供給される酸素の流量との和よりも多くなるように調整されている。 In the combustor 22 of the present embodiment, the flow rate of oxygen supplied from the first oxygen supply unit 32a (first nozzle 37) is the flow rate of oxygen supplied from the second oxygen supply unit 32b (second nozzle 38). It is adjusted so as to be larger than the sum of the flow rate of oxygen supplied from the pilot nozzle 5 which is the third oxygen supply unit 32c.

本実施形態の燃焼器22では、メインノズル6の燃料噴射ノズル部35(ガス燃料供給部)から噴射されるガス燃料Fは、スクープ7(第二不活性ガス供給部)から供給される排気循環ガスEより径方向外側に供給される。
また、第一ノズル37から噴射された酸素はメインノズル6に導入された後、排気循環ガス噴射ノズル部34にて排気循環ガスEと混合される。この混合気は、スクープ7を介して燃焼筒4の中心部に供給される排気循環ガスEより径方向外側に供給される。
In the combustor 22 of the present embodiment, the gas fuel F injected from the fuel injection nozzle unit 35 (gas fuel supply unit) of the main nozzle 6 is exhaust circulation supplied from the scoop 7 (second inert gas supply unit). It is supplied radially outside the gas E.
Further, the oxygen injected from the first nozzle 37 is introduced into the main nozzle 6 and then mixed with the exhaust circulation gas E at the exhaust circulation gas injection nozzle unit 34. This air-fuel mixture is supplied radially outward from the exhaust circulation gas E supplied to the central portion of the combustion cylinder 4 via the scoop 7.

本実施形態の燃焼器22によれば、燃焼筒4内にて中心部に供給される排気循環ガスE(不活性ガス)より外側にガス燃料Fと酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料Fと酸素との混合が良好となる。これにより、燃焼による酸素の利用率を100%に近づけることができ、排気循環ガスEにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
また、上記酸素に加えて、第二酸素供給部32bが有する第二ノズル38を介し、スクープ7から酸素を供給して、二段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができる。さらに、ガス燃料F中に窒素成分が含まれている場合においても、NOxの生成を抑制することができる。
According to the combustor 22 of the present embodiment, the gas fuel F and oxygen are supplied adjacent to each other outside the exhaust circulation gas E (inert gas) supplied to the central portion in the combustion cylinder 4. The mixture of the gas fuel F and oxygen becomes good. As a result, the utilization rate of oxygen due to combustion can be brought close to 100%, the residual oxygen in the exhaust circulating gas E can be suppressed, and the combustion efficiency can be improved.
Further, in addition to the above oxygen, oxygen is supplied from the scoop 7 through the second nozzle 38 of the second oxygen supply unit 32b, and oxygen is supplied in two steps to control the combustion gas temperature and radiant intensity. It can be reduced. Further, even when the gas fuel F contains a nitrogen component, the generation of NOx can be suppressed.

また、第二不活性ガス供給部として、スクープ7を介して排気循環ガスEを燃焼筒4内に供給することによって、簡単な構成で第二不活性ガス供給部を構成することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。 Further, by supplying the exhaust circulating gas E into the combustion cylinder 4 via the scoop 7 as the second inert gas supply unit, the second inert gas supply unit can be configured with a simple configuration. Can be simplified.

また、燃焼筒4の上流側Da1の径方向中心から下流側Da2に向かって酸素を供給する第三酸素供給部32cとして、パイロットノズル5を備えることによって、三段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の更なる低減を図ることができる。 Further, by providing a pilot nozzle 5 as a third oxygen supply unit 32c for supplying oxygen from the radial center of the upstream side Da1 of the combustion cylinder 4 toward the downstream side Da2, oxygen is supplied in three stages. It is possible to further reduce the combustion gas temperature and the radiant intensity.

また、第三酸素供給部32cとして、パイロットノズル5の先端から酸素を供給することによって、ガスタービン14の起動時における保炎性を向上させることができる。 Further, by supplying oxygen from the tip of the pilot nozzle 5 as the third oxygen supply unit 32c, the flame retention property at the time of starting the gas turbine 14 can be improved.

また、第一酸素供給部32a(第一ノズル37)から供給される酸素の流量は、第二酸素供給部32b(第二ノズル38)から供給される酸素の流量と第三酸素供給部32cであるパイロットノズル5から供給される酸素の流量との和よりも多くなるように調整されている。これにより、第一酸素供給部32a(第一ノズル37)から供給される酸素は、より燃焼ガス温度及び輻射強度に対する影響が強いため、燃焼ガス温度及び輻射強度の調整を容易とすることができる。 Further, the flow rate of oxygen supplied from the first oxygen supply unit 32a (first nozzle 37) is the flow rate of oxygen supplied from the second oxygen supply unit 32b (second nozzle 38) and the third oxygen supply unit 32c. It is adjusted so as to be larger than the sum of the flow rate of oxygen supplied from a certain pilot nozzle 5. As a result, the oxygen supplied from the first oxygen supply unit 32a (first nozzle 37) has a stronger influence on the combustion gas temperature and the radiant intensity, so that the combustion gas temperature and the radiant intensity can be easily adjusted. ..

また、不活性ガスである排気循環ガスEが二酸化炭素を含有し、この排気循環ガスEを循環させることで、二酸化炭素の排出量を抑制することができる。 Further, the exhaust circulating gas E, which is an inert gas, contains carbon dioxide, and by circulating the exhaust circulating gas E, the amount of carbon dioxide emissions can be suppressed.

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、本実施形態のメインノズル6は、複数のリングから構成されているが、これに限ることはない。例えば、メインノズルは複数の軸状のノズルから構成されてよい。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment and includes design changes and the like within a range not deviating from the gist of the present invention. ..
The main nozzle 6 of the present embodiment is composed of a plurality of rings, but the present invention is not limited to this. For example, the main nozzle may be composed of a plurality of axial nozzles.

また、本実施形態の燃焼器22は、パイロットノズル5を有しているが、必ずしもパイロットノズルを設ける必要はない。 Further, although the combustor 22 of the present embodiment has the pilot nozzle 5, it is not always necessary to provide the pilot nozzle.

1 発電システム
2 内筒
3 外筒
4 燃焼筒
5 パイロットノズル
6 メインノズル
7 スクープ(第二不活性ガス供給部、第二排気循環ガス供給部)
8 第一リング
9 第二リング
11 ガス化炉
12 ガス精製装置
13 酸素製造装置
14 ガスタービン
15 第一発電機
16 排熱回収ボイラ
17 蒸気タービン
18 第二発電機
21 圧縮機
22 燃焼器
23 タービン
24 タービン軸
25 排気循環ガス供給ライン
26 ガス燃料供給ライン
27 酸素供給ライン
28 燃焼ガス供給ライン
29 排気ガス排出ライン
30 排気ガス戻しライン
31 排気ガス回収ライン
32 酸素供給部
32a 第一酸素供給部
32b 第二酸素供給部
32c 第三酸素供給部
33 開口部
34 排気循環ガス噴射ノズル部(第一不活性ガス供給部、第一排気循環ガス供給部)
35 燃料噴射ノズル部(ガス燃料供給部)
36 スワラ
37 第一ノズル
38 第二ノズル
40 酸素噴射孔
42 調整弁
A 軸線
E 排気循環ガス(不活性ガス)
F ガス燃料
D 軸線
1 Power generation system 2 Inner cylinder 3 Outer cylinder 4 Combustion cylinder 5 Pilot nozzle 6 Main nozzle 7 Scoop (second inert gas supply unit, second exhaust circulation gas supply unit)
8 1st ring 9 2nd ring 11 Gasifier 12 Gas purification device 13 Oxygen production device 14 Gas turbine 15 1st generator 16 Exhaust heat recovery boiler 17 Steam turbine 18 2nd generator 21 Compressor 22 Combustor 23 Turbine 24 Turbine shaft 25 Exhaust circulation gas supply line 26 Gas fuel supply line 27 Oxygen supply line 28 Combustion gas supply line 29 Exhaust gas discharge line 30 Exhaust gas return line 31 Exhaust gas recovery line 32 Oxygen supply unit 32a First oxygen supply unit 32b Second Oxygen supply section 32c Third oxygen supply section 33 Opening section 34 Exhaust circulation gas injection nozzle section (first inert gas supply section, first exhaust circulation gas supply section)
35 Fuel injection nozzle (gas fuel supply)
36 Swala 37 1st nozzle 38 2nd nozzle 40 Oxygen injection hole 42 Control valve A Axial line E Exhaust circulation gas (inert gas)
F gas fuel D axis

Claims (9)

軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、
前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第一不活性ガス供給部と、
前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第二不活性ガス供給部と、
前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、
前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、
前記第二不活性ガス供給部から前記不活性ガスとともに前記燃焼筒内に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有し、
前記第一酸素供給部から供給される酸素の流量は、前記第二酸素供給部から供給される酸素の流量よりも多いガスタービン燃焼器。
A combustion cylinder that has a tubular shape centered on the axis,
The first inert gas supply unit that supplies the inert gas from the upstream side of the combustion cylinder to the outer peripheral side of the combustion cylinder,
A second inert gas supply unit that supplies the inert gas to the central portion of the combustion cylinder from the radial outside centered on the axis of the combustion cylinder.
A gas fuel supply unit that supplies gas fuel radially outside the inert gas supplied from the second inert gas supply unit, and a gas fuel supply unit.
A first oxygen supply unit that supplies oxygen radially outward from the inert gas supplied from the second inert gas supply unit in the combustion cylinder from the upstream side of the combustion cylinder.
It has a second oxygen supply unit that supplies oxygen from the second inert gas supply unit to the combustion cylinder together with the inert gas.
A gas turbine combustor in which the flow rate of oxygen supplied from the first oxygen supply unit is larger than the flow rate of oxygen supplied from the second oxygen supply unit.
前記第二不活性ガス供給部は、前記燃焼筒の外周面を前記径方向に貫通するスクープを介して前記不活性ガスを前記燃焼筒内に供給する請求項1に記載のガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the second inert gas supply unit supplies the inert gas into the combustion cylinder via a scoop penetrating the outer peripheral surface of the combustion cylinder in the radial direction. 軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、
前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第一不活性ガス供給部と、
前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から、前記燃焼筒の外周面を前記径方向に貫通するスクープを介して、前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第二不活性ガス供給部と、
前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、
前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、
前記スクープを介して前記不活性ガスとともに前記燃焼筒内の前記中心部に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有し、
前記第二酸素供給部は、前記スクープの内側で該スクープの中心軸に沿うように延在する第二ノズルを有し、
該第二ノズルは、前記スクープ内で前記酸素を噴射するガスタービン燃焼器。
A combustion cylinder that has a tubular shape centered on the axis,
The first inert gas supply unit that supplies the inert gas from the upstream side of the combustion cylinder to the outer peripheral side of the combustion cylinder,
The second failure to supply the inert gas from the radial outside centered on the axis of the combustion cylinder to the central portion of the combustion cylinder via a scoop penetrating the outer peripheral surface of the combustion cylinder in the radial direction. The active gas supply unit and
A gas fuel supply unit that supplies gas fuel radially outside the inert gas supplied from the second inert gas supply unit, and a gas fuel supply unit.
A first oxygen supply unit that supplies oxygen radially outward from the inert gas supplied from the second inert gas supply unit in the combustion cylinder from the upstream side of the combustion cylinder.
It has a secondary oxygen supply unit that supplies oxygen to the central portion in the combustion cylinder together with the inert gas via the scoop .
The second oxygen supply unit has a second nozzle extending inside the scoop along the central axis of the scoop.
The second nozzle is a gas turbine combustor that injects the oxygen in the scoop .
前記燃焼筒の上流側の前記径方向中心から下流側に向かって酸素を供給する第三酸素供給部を備える請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a third oxygen supply unit that supplies oxygen from the radial center on the upstream side of the combustion cylinder toward the downstream side. 前記第一酸素供給部から供給される酸素の流量は、前記第二酸素供給部から供給される酸素の流量と前記第三酸素供給部から供給される酸素の流量との和よりも多い請求項4に記載のガスタービン燃焼器。 The claim that the flow rate of oxygen supplied from the first oxygen supply unit is larger than the sum of the flow rate of oxygen supplied from the second oxygen supply unit and the flow rate of oxygen supplied from the third oxygen supply unit. 4. The gas turbine combustor according to 4. 軸線を中心とする筒形状をなす燃焼筒と、
前記燃焼筒の上流側から前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第一不活性ガス供給部と、
前記燃焼筒の前記軸線を中心とする径方向外側から前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第二不活性ガス供給部と、
前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側にガス燃料を供給するガス燃料供給部と、
前記燃焼筒の上流側から、前記燃焼筒内の前記第二不活性ガス供給部から供給された前記不活性ガスより前記径方向外側に酸素を供給する第一酸素供給部と、
前記第二不活性ガス供給部から前記不活性ガスとともに前記燃焼筒内に酸素を供給する第二酸素供給部と、を有し、
前記燃焼筒の上流側の前記径方向中心から下流側に向かって酸素を供給する第三酸素供給部を備え、
前記第一酸素供給部から供給される酸素の流量は、前記第二酸素供給部から供給される酸素の流量と前記第三酸素供給部から供給される酸素の流量との和よりも多いガスタービン燃焼器。
A combustion cylinder that has a tubular shape centered on the axis,
The first inert gas supply unit that supplies the inert gas from the upstream side of the combustion cylinder to the outer peripheral side of the combustion cylinder,
A second inert gas supply unit that supplies the inert gas to the central portion of the combustion cylinder from the radial outside centered on the axis of the combustion cylinder.
A gas fuel supply unit that supplies gas fuel radially outside the inert gas supplied from the second inert gas supply unit, and a gas fuel supply unit.
A first oxygen supply unit that supplies oxygen radially outward from the inert gas supplied from the second inert gas supply unit in the combustion cylinder from the upstream side of the combustion cylinder.
It has a second oxygen supply unit that supplies oxygen from the second inert gas supply unit to the combustion cylinder together with the inert gas.
A third oxygen supply unit that supplies oxygen from the radial center on the upstream side of the combustion cylinder toward the downstream side is provided.
The flow rate of oxygen supplied from the first oxygen supply unit is larger than the sum of the flow rate of oxygen supplied from the second oxygen supply unit and the flow rate of oxygen supplied from the third oxygen supply unit. Combustor.
前記燃焼筒の上流側に設けられ、径方向中心から下流側に向かってガス燃料を噴射するパイロットノズルを有し、
前記第三酸素供給部は、前記パイロットノズルの先端から酸素を供給する請求項4から6のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。
It has a pilot nozzle provided on the upstream side of the combustion cylinder and injects gas fuel from the radial center toward the downstream side.
The gas turbine combustor according to any one of claims 4 to 6, wherein the third oxygen supply unit supplies oxygen from the tip of the pilot nozzle.
前記不活性ガスは、二酸化炭素を含有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 7, wherein the inert gas contains carbon dioxide. 固体燃料または液体燃料をガス化してガス燃料を生成するガス化炉と、
酸素を製造する酸素製造装置と、
圧縮機で圧縮した排気ガスにガス燃料と酸素を供給した混合気を、請求項1から8のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器で燃焼させることで発生させた燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンと、
ガスタービンの駆動力により発電する発電機と、
前記ガスタービンからの排気ガスを前記圧縮機に戻す循環経路と、を備える発電システムにおいて、
前記第一不活性ガス供給部は、前記循環経路を循環する排気循環ガスを前記不活性ガスとして供給し、
前記第二不活性ガス供給部は、前記循環経路を循環する前記排気循環ガスを前記不活性ガスとして供給する発電システム。
A gasifier that gasifies solid fuel or liquid fuel to produce gas fuel,
Oxygen production equipment that produces oxygen and
The turbine is driven by the combustion gas generated by burning the air-fuel mixture obtained by supplying gas fuel and oxygen to the exhaust gas compressed by the compressor with the gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 8. Gas turbine and
A generator that generates electricity from the driving force of a gas turbine,
In a power generation system comprising a circulation path for returning exhaust gas from the gas turbine to the compressor.
The first inert gas supply unit supplies the exhaust circulating gas circulating in the circulation path as the inert gas.
The second inert gas supply unit is a power generation system that supplies the exhaust circulating gas circulating in the circulation path as the inert gas.
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