JPH0484010A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低カロリ燃料を主燃料とし、着火、起動時には
高カロリ燃料を用いるガスタービン燃焼器の起動時の安
定燃焼を確保するための、燃料ノズル構造に関する。

〔従来の技術〕

特願昭６２−２４５７３号の従来の燃料ノズルは、燃焼
の安定化を図るために燃料の噴出口を主噴出口と副噴出
口に分ける構造とし、かつ、その主と副の流量比は流量
調節弁で行う。また、この流量調節弁は噴出口より上流
の燃料流路内に設けである。

一般に、低カロリガスを用いる発電プラントでは、ガス
化炉の運転状態や使用する燃料によって燃焼器へ供給さ
れるガスの組成や発熱量が大きく変動するため、燃焼器
の火炎が不安定となり失火の原因となる。

これらの問題点をクリアにするために、燃料ノズルを先
に述べた構造として対応する様にしている。

一方、低カロリガスは燃焼しにくく、特にガスタービン
起動から低負荷条件では、燃料と空気の比率が小さくな
り、火炎が不安定となる。この解決方法として、起動時
とガスタービン低負荷時は高カロリ燃料を用いるように
なっており、このための高カロリ燃料噴射弁も備えられ
ている。

ノズルから供給される燃焼空気は旋回流となって、燃焼
器頭部に低カロリ燃焼火炎が安定して保持されるように
循環流を形成する。ここで供給される空気量、空気供給
口などは低カロリ燃料を主に対象として、その量、供給
位置が決められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、起動時およびガスタービン低負荷条
件での高カロリ燃料の燃焼に対する考慮が欠けている。

即ち、高カロリ燃料はライナの軸中心又はその軸を対象
とした比較的中心に近いところから供給されるのが一般
的である。これに対し、低カロリ燃料は供給される燃料
流量が多いために燃料噴口寸法が大きくなり、どうして
もライナ中心から離れた位置になってしまう。従って、
この低カロリ燃料を燃焼するための空気供給口も中心か
ら離れた位置にならざるを得なくなる。このことは、高
カロリ燃料を燃焼する場合、燃料供給口と空気供給口の
位置関係が互いに離れたものになる。この状態では、燃
料と空気の混合が不完全になり、火炎を安定に保持する
ための循環流もライナ中心から離れたところとなり、不
安定火炎発生の原因となる。

本発明の目的はこの不安定火炎をいかに安定化させるか
、および、燃料ノズルの効果的冷却構造を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためには、高カロリ燃料噴口の極く
近辺に空気噴口を設けることによって解決される。

さらに、高カロリ火炎を安定させるためには、供給する
空気に旋回を与え、燃料と空気の混合を積極的に行う構
造にすれば、火炎はより安定化する。

〔作用〕

高カロリ燃料の噴口付近から旋回を伴って供給される空
気は、燃料ノズルの下流に循環流を形成し、高カロリ燃
料の噴出流線との境界に、流速の遅い領域を作る。この
領域では、火炎が軸方向に引き伸ばされることが少なく
なるため、火炎伸長による火炎のちぎれ、あるいは、吹
き飛びがなくなり、安定した火炎を形成することができ
る。

一方、ここから供給される空気は、燃料ノズルの外周か
ら供給される空気の一部を利用するためノズルの外周か
らノズル内周までの流路を形成しなければならない。燃
料ノズルは火災を直接のぞく位置に配置されるのが一般
的であり、この場合、火炎からの輻射熱で燃料ノズルは
加熱されることになる。低カロリ燃料を対象とした燃料
ノズルボディは一般に寸法が大きくなり、加熱される面
も大きくなる。従って高カロリ燃料を燃焼している場合
には、燃料ノズルを冷却するための媒体が、流量の少な
い高カロリ燃料のみにたよることとなる。しかし、本発
明の様に、加熱面に空気を導く流路を設けた場合、この
空気が冷却媒体となって、燃料ノズルの加熱面を冷却す
ることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は石炭ガス化発電プラントの系統を示す。このシステ
ムの特徴はガスタービン３１と軸１８で直結した圧縮機
１４で昇圧された空気をさらに昇圧機１６で加圧し、ガ
ス化炉５に供給し、供給される石炭１、あるいは、２，
３をガス化し燃料１０とするものである。従って、ガス
化炉を運転するまでに石炭ガス化ガス以外の燃料でガス
タービン３１を運転する必要がある。以下に起動から運
転までを説明する。ガスタービン起動用のディーゼルエ
ンジンなどの外部動力によって無負荷の２０％程度まで
タービン３１．圧縮機１４を昇速すると、吸入空気１３
は昇圧され、燃焼空気１７として供給される。そこに軽
油等の燃料１１が燃料ライン１２．燃料ノズル２１内の
軽油ノズルを通し燃焼器に供給され、着火、燃焼を開始
する。その後、ガスタービン、圧縮機は徐々に昇速し、
圧縮機１４がら空気が吐出され、その空気の一部１５が
昇圧綿１６で昇圧され、ガス化炉５に供給される。ガス
化炉には貯炭倉におかれた炭種の異なる石炭１あるいは
２、あるいは３がガス化炉５に供給される。ガス化炉５
でガス化されたガス８は、ガス中に含まれる硫黄分を取
り除くため脱硫装置６に導かれる。ここで脱硫されたガ
ス９は、なお、ガス中に含まれる固形分を取り除くため
の脱塵装置７に導かれ、精製された石炭ガス１０として
燃焼器供給系に導かれる。軽油等の外部燃料による運転
はガスタービン負荷２０％ないし３０％まで続けられ、
その間、ガス化炉負荷も徐々に高まり、発生ガス量も多
くなる。ガスタービン負荷が２０％、あるいは、３０％
になると精製されたガス１０が、導入管の主流２２を通
して燃料ノズル２１に導かれ、噴出口２５から旋回を伴
って燃焼器２６内に供給される。燃焼器２６内に導入さ
れたガスは、あらかじめ軽油燃焼で形成された火炎３３
と混合し、軽油と石炭ガスの混合燃焼が開始される。こ
の状態になると、石炭ガス燃料１０は徐々に流量を増し
、逆に、軽油等の燃料１２は徐々に減少し、ついには、
石炭ガス燃料だけの燃焼に切り換わり、石炭ガスによる
ガスタービン運転となる。

なお、石炭ガス燃料による燃焼状態も軽油燃料による燃
焼状態もほぼ同じであるが、以下燃焼器内の構造、流れ
等について説明する。空気流路は圧縮機１４の出口に設
けられたデイフユーザ１９と燃焼器２６．燃焼ガスをタ
ービンに導く尾筒２７とそれ等を含む外筒２８で形成さ
れる空間で、燃焼空気２０は燃焼ガス３３と逆向きの流
れをもち尾筒２７．燃焼器２６を冷却しながら燃焼器内
に供給される。燃料ノズル２１は燃焼器頭部の外筒２８
に固定され、シールを介して噴出口２５は燃焼器２６の
頭部から燃焼器内に突き出される。

噴出口２５の下流には循環流２９が形成され、この循環
流２９によって火炎３３は安定化する。

燃焼ガスは尾筒２７を通り、高温の燃焼ガス３０となっ
てタービン３１に導入され１回転力となって発電機３２
を動かす。

次に本発明による動作を説明する。

貯炭倉におかれた石炭は様々の炭種があり、炭種によっ
て生成されるガス組成が変化する。従って前述のように
精製された石炭ガス１０の流路を主流２２と副流２３に
分岐し、主流２２と副流２３の流量比を決定するための
調節弁２４を副流２３の流路内に設ける。タービンが要
求する総流量は精製されたガス流路１０に設けた流量贋
節弁３４で流量制御を行う。主流と副流の流量調節弁２
４による流量比設定は、たとえば、タルビン定格負荷で
決定し、それを固定しておけば、タービン運転全域で主
流と副流の流量比を確保できることになる。流量調節弁
２４の弁開度が調節器外部から変化できる構造にしてお
けば、炭種１がら炭種２に代えた場合でも、ガスタービ
ン運転を停止することなく連続的に主流と副流の流量比
を決定することができる。

第２図は本発明の燃料ノズルの実施例である。

燃料ノズルは油系２石炭ガス系、空気系よりなる。

油燃料人口１２からノズル内に供給された油燃料は流路
３５を通り、ノズル先端の油噴出口３６から油膜状で噴
出する。この油膜状の燃料を霧状にするために噴震空気
が用いられる。別置の噴霧空気昇圧機によって昇圧され
た空気は噴霧空気ノズル人口３７に導かれ、噴霧空気流
路３８を通り、途中この空気に旋回力を与えるためのス
クールベーン３９内を通過し、ノズル先端の噴震空気噴
出口４０から噴出される。この空気は先に油噴出口３６
から噴出された油膜と衝突し、数十ミクロンの油滴を作
る。半径方向への旋回力と軸方向への運動力を与えられ
た油滴はノズル前方に円錐状に広がること１丘なる。

石炭ガス化燃料の流路は油燃料の外周に同心円状に設け
る。主流ノズル人口２２からノズル内に導入された石炭
ガス燃料はノズル内の主流室４１を通り、主噴出口４４
から旋回を伴って噴出される。一方、副流ノズル人口２
３からノズル内に導かれた石炭ガス燃料はノズル内の主
流室４１とは区切られた副流室４２に導かれ、副噴出口
４３から噴出される。副噴出口４３は必ずしも旋回をと
もなう必要はない。これは、副噴出口から噴出される燃
料が火炎の安定に、直接、影響しないためである。

燃焼器の頭部から供給される燃焼用空気は、燃料との混
合の度合や、空気噴出し量で先に述べた循環流の大きさ
に影響するために、噴出口位置も重要である。ここでは
、燃料噴出口の外周から、軸対象に空気旋回羽根４５を
通して燃焼器内に供給される。

一方、高カロリ燃料噴口３６の近辺には、空気旋回羽根
４５に供給される空気の一部を導いた、空気口６０が設
けられている。空気口６０に供給される空気は、ノズル
外周の空気取入口６１から導入され、ノズル内を横断し
て、ノズル前面から旋回を伴って噴出する。この横断流
路がノズルボディを冷却することとなる。

第３図は燃料ノズルの噴出口を前面から表わした一実施
例である。油燃料噴出口３６は中央に位置し、噴霧空気
噴出口４ｏはその周囲に設けられている。火炎の安定性
に、直接、影響する石炭ガスの主噴出口４４は中心から
やや離れた、火炎を安定させるのに必要な位置に設ける
。一方、火炎の安定性には、直接、影響しない副噴出口
４３は、火炎の安定性にできるだけ影響しない位置に設
ける。主噴出口４４と副噴出口４３は同一燃料ノズル内
に設けるように構成しである。なお、空気旋回羽根４５
は噴出口の外周に配列されている。

高カロリ燃料３６．４０の燃焼を安定化する空気噴出口
６０は、高カロリ燃料の噴口の近辺に設けられる。低カ
ロリ燃料４３．４４の燃焼の安定化に寄与する空気噴出
口４５とは、直接、連絡されていないが、６０から供給
される空気は当然、低カロリ燃焼にも寄与することとな
る。

第４図は空気流路形成の一実施例である。旋回羽根４５
の上流に、それとは別の入口６１を設け、噴出口６０に
導く。この流路の流れによって部材５ｏは冷却されるこ
ととなる。

なお、第５図に従来の公知例を示す。空気噴出口８と燃
料噴出口６がピッチ円周上に交互に配列されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高カロリ燃料を燃焼した場合も低カロ
リ燃料を燃焼した場合も、十分な空気の供給が確保でき
るため、火炎は安定することとなる。

また、高カロリ燃料の燃焼を促進し、安定化させるため
に設けた空気流路は、ノズルボディの冷却にも有効とな
り、ノズル強度の信頼性も増す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のプラントの系統図、第２図
は本発明の燃料ノズルの全体構成図、第３図は本発明の
燃料ノズル噴口の正面図、第４図は本発明の噴出口の断
面図、第５図は従来公知例の断面図である。 １〜３・・・石炭、１０・・・精製ガス、２１・・・燃
料ノズル、２２・・・主流、２３・・・副流、２４・・
・流量調節弁。 ２５・・・噴出口、３４・・・流量調節弁、４１・・・
主流室、４２・・・副流室、４３・・・副噴出口、４４
・・・主噴出口、４５・・・空気旋回羽根、５０・・・
ノズルボディ、６０阜２　図 第 巴 草 日 ６ネ 民 （久） 丸木°ず斗力°ズ 番 （句 （Ｃｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発熱量の異なる燃料を供給する単一燃料ノズルにお
   いて、前記単一燃料ノズル内に同心円状に二列の空気旋
   回器を設け、各燃料を燃焼した場合にそれぞれが安定火
   炎を形成するようにしたことを特徴とする燃料ノズル。 ２、請求項１において、低カロリ燃料を燃焼器内に供給
   する燃料噴口と、高カロリ燃料を前記燃焼器内に供給す
   る燃料噴口を単一の燃料ノズルボディ内にともに具備し
   ている燃料ノズルにおいて、 燃焼を促進し、かつ火炎を安定して保持するための旋回
   空気供給口とは別に、前記燃料ノズルボディを冷却する
   ためと、かつ、高カロリ燃料の燃焼安定性に役立つよう
   な空気噴口を設けた燃料ノズル。