JP7023051B2 - Gas turbine combustor and power generation system - Google Patents
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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(CO2)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.
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.
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
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(H2,CO,CO2,N2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(H2,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
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
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
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
The
The
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(CO2+H2O)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
The
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
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
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
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(O2)が酸素供給ライン27を通して燃焼器22に送られる。
In the
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
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
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
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
In the following description, the direction in which the axis A of the
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
The exhaust gas E flowing into the combustor 22 from between the outer cylinder 3 and the
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
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
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
The
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
The first
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
The exhaust gas circulation gas E supplied from the exhaust gas circulation
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
The
The exhaust circulation gas
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
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
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
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
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
The
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
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
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
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
Further, the oxygen injected from the
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
Further, in addition to the above oxygen, oxygen is supplied from the
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
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
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
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
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
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
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
8
35 Fuel injection nozzle (gas fuel supply)
36
F gas fuel D axis
Claims (9)
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.
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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