JPH08200679A - ガスタービン燃焼器の運転方法 - Google Patents
ガスタービン燃焼器の運転方法Info
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- JPH08200679A JPH08200679A JP868895A JP868895A JPH08200679A JP H08200679 A JPH08200679 A JP H08200679A JP 868895 A JP868895 A JP 868895A JP 868895 A JP868895 A JP 868895A JP H08200679 A JPH08200679 A JP H08200679A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】ガスタービンの起動からおおよそ定格回転数無
負荷条件までは、拡散パイロットバーナ８からの拡散燃
料を第一予混合バーナの空気１０１によって燃焼させ、
その後の負荷上昇に際しては、まず第二予混合バーナ１
２に着火し拡散パイロットバーナと第二予混合バーナの
燃料流量を制御することによって負荷の変動に対応し、
さらに高負荷帯では第一予混合バーナ９にも燃料を供給
して運転を行う。 【効果】部分負荷時に拡散パイロットバーナと予混合バ
ーナの空気が共用されることがなくなるため、ＮＯｘ発
生量の不必要な増加を抑制することが可能となる。また
パイロットバーナと予混合バーナの両方を利用して負荷
変動に対応することで、予混合バーナの配列数を減らし
構造や制御系統を簡単にできる。
負荷条件までは、拡散パイロットバーナ８からの拡散燃
料を第一予混合バーナの空気１０１によって燃焼させ、
その後の負荷上昇に際しては、まず第二予混合バーナ１
２に着火し拡散パイロットバーナと第二予混合バーナの
燃料流量を制御することによって負荷の変動に対応し、
さらに高負荷帯では第一予混合バーナ９にも燃料を供給
して運転を行う。 【効果】部分負荷時に拡散パイロットバーナと予混合バ
ーナの空気が共用されることがなくなるため、ＮＯｘ発
生量の不必要な増加を抑制することが可能となる。また
パイロットバーナと予混合バーナの両方を利用して負荷
変動に対応することで、予混合バーナの配列数を減らし
構造や制御系統を簡単にできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は産業用ガスタービンに用
いられる低ＮＯｘ燃焼器の運転方法に関する。
いられる低ＮＯｘ燃焼器の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業用ガスタービンでは、環境問題への
配慮から、燃焼器内で生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排
出量を低減することが求められている。ＮＯｘの低減
は、燃料ガスと空気を燃焼前に混合して燃焼する予混合
燃焼を利用し、かつ燃料と空気の混合比（燃空比）が理
論混合比よりも小さい状態で燃焼させることによって図
れる。しかし、ガスタービンの定格負荷条件で、燃空比
をＮＯｘ生成抑制のために最適な値に設定すると、ガス
タービンの運転特性上、部分負荷時の燃空比が小さくな
りすぎて、安定した燃焼を得ることが困難となる。これ
を解決する手段は、予混合バーナを多数配列し、負荷に
応じて点火するバーナの数を増減する方法や、燃焼用空
気の流量を燃料流量に合わせて調節する方法がある。例
えば、特願昭64−329 号明細書には、燃焼室頭部中央の
拡散パイロットバーナの周囲に予混合バーナを半径方向
に重ね合わせて設置し、負荷に見合った予混合バーナを
作動させる方法が示されている。
配慮から、燃焼器内で生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排
出量を低減することが求められている。ＮＯｘの低減
は、燃料ガスと空気を燃焼前に混合して燃焼する予混合
燃焼を利用し、かつ燃料と空気の混合比（燃空比）が理
論混合比よりも小さい状態で燃焼させることによって図
れる。しかし、ガスタービンの定格負荷条件で、燃空比
をＮＯｘ生成抑制のために最適な値に設定すると、ガス
タービンの運転特性上、部分負荷時の燃空比が小さくな
りすぎて、安定した燃焼を得ることが困難となる。これ
を解決する手段は、予混合バーナを多数配列し、負荷に
応じて点火するバーナの数を増減する方法や、燃焼用空
気の流量を燃料流量に合わせて調節する方法がある。例
えば、特願昭64−329 号明細書には、燃焼室頭部中央の
拡散パイロットバーナの周囲に予混合バーナを半径方向
に重ね合わせて設置し、負荷に見合った予混合バーナを
作動させる方法が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述の予混合バーナを
多段に配列する方式で定格負荷条件でのＮＯｘを低減す
るためには、拡散パイロット燃焼の割合をできるだけ小
さくすべきであり、おのずと拡散燃焼専用の空気も少な
く設計する必要がある。ガスタービン負荷の比較的小さ
い範囲で、拡散パイロット燃料流量を定格時の値で一定
にしたまま、予混合燃料の増減のみで負荷変動に対応し
ようとすると、予混合燃焼の安定燃空比範囲は拡散燃焼
の安定燃空比範囲に比べて小さいため、予混合バーナの
配列数を多くする必要があり、燃焼器構造や制御系統が
複雑になるきらいがある。
多段に配列する方式で定格負荷条件でのＮＯｘを低減す
るためには、拡散パイロット燃焼の割合をできるだけ小
さくすべきであり、おのずと拡散燃焼専用の空気も少な
く設計する必要がある。ガスタービン負荷の比較的小さ
い範囲で、拡散パイロット燃料流量を定格時の値で一定
にしたまま、予混合燃料の増減のみで負荷変動に対応し
ようとすると、予混合燃焼の安定燃空比範囲は拡散燃焼
の安定燃空比範囲に比べて小さいため、予混合バーナの
配列数を多くする必要があり、燃焼器構造や制御系統が
複雑になるきらいがある。
【０００４】一方、拡散パイロット燃料と予混合燃料の
両方を増減して負荷変動に対応する場合は、拡散パイロ
ット燃料の燃焼に予混合バーナ用空気も用いられる。予
混合バーナ用の空気と拡散パイロットバーナ用の空気が
共用もしくは部分的にでも共用されていると、予混合バ
ーナに燃料を投入していった場合に、この燃料が拡散パ
イロット火炎の上流側の高温雰囲気中で燃焼し、これに
よって温度上昇した燃焼ガス中の酸素と拡散パイロット
燃料が燃焼することになるので結果的に拡散パイロット
火炎の火炎温度をその分だけ高温で燃焼させることにな
る。このため予混合バーナを非常に薄い混合気で燃焼さ
せる条件でもＮＯｘは拡散火炎と同程度に高い燃焼とな
り、低ＮＯｘ化は難しい。
両方を増減して負荷変動に対応する場合は、拡散パイロ
ット燃料の燃焼に予混合バーナ用空気も用いられる。予
混合バーナ用の空気と拡散パイロットバーナ用の空気が
共用もしくは部分的にでも共用されていると、予混合バ
ーナに燃料を投入していった場合に、この燃料が拡散パ
イロット火炎の上流側の高温雰囲気中で燃焼し、これに
よって温度上昇した燃焼ガス中の酸素と拡散パイロット
燃料が燃焼することになるので結果的に拡散パイロット
火炎の火炎温度をその分だけ高温で燃焼させることにな
る。このため予混合バーナを非常に薄い混合気で燃焼さ
せる条件でもＮＯｘは拡散火炎と同程度に高い燃焼とな
り、低ＮＯｘ化は難しい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述のような言わば拡散
火炎と予混合気との干渉によるＮＯｘの生成を抑制する
ことは、拡散パイロットバーナの燃空比が常におおよそ
０.０３ 以下となるように拡散火炎専焼用の空気を十分
な量確保することで達成できる。拡散パイロットバーナ
と複数の予混合バーナを備えたガスタービン燃焼器で
は、ガスタービン負荷が低く予混合火炎の安定化のため
拡散パイロットバーナの燃焼量が大の時には、拡散パイ
ロットバーナの燃料が空気を共用している部分の予混合
器には燃料を供給せずに運転を行い、それより高負荷と
なり拡散パイロットバーナの大きな燃焼量を必要としな
いときにはすべての予混合器に燃料を投入し運転を行う
ことにより低ＮＯｘ化を図ることが可能となる。
火炎と予混合気との干渉によるＮＯｘの生成を抑制する
ことは、拡散パイロットバーナの燃空比が常におおよそ
０.０３ 以下となるように拡散火炎専焼用の空気を十分
な量確保することで達成できる。拡散パイロットバーナ
と複数の予混合バーナを備えたガスタービン燃焼器で
は、ガスタービン負荷が低く予混合火炎の安定化のため
拡散パイロットバーナの燃焼量が大の時には、拡散パイ
ロットバーナの燃料が空気を共用している部分の予混合
器には燃料を供給せずに運転を行い、それより高負荷と
なり拡散パイロットバーナの大きな燃焼量を必要としな
いときにはすべての予混合器に燃料を投入し運転を行う
ことにより低ＮＯｘ化を図ることが可能となる。
【０００６】
【作用】拡散火炎と予混合火炎が空気を共用することが
なくなり低ＮＯｘ化が図れる。
なくなり低ＮＯｘ化が図れる。
【０００７】
【実施例】図１に、本発明の一実施例である燃焼器の断
面図を示す。ガスタービンは、圧縮機１，燃焼器２，タ
ービン３から構成され、タービンの出力により発電機４
を回転させ電力を得る。燃焼器２は、ガスタービンケー
シング５，燃焼器外筒６、および燃焼器カバー７内に格
納されている。燃焼器２の上流端中央には拡散パイロッ
トバーナ８があり、その外周に環状の第一予混合バーナ
９がある。第一予混合バーナ９は、複数の第一予混合バ
ーナ用燃料ノズル１０、および旋回器１１を備えてい
る。第一予混合バーナ９のさらに外周側には、環状の第
二予混合バーナ１２があり、複数の第二予混合バーナ用
燃料ノズル１３、および保炎器１４を備えている。
面図を示す。ガスタービンは、圧縮機１，燃焼器２，タ
ービン３から構成され、タービンの出力により発電機４
を回転させ電力を得る。燃焼器２は、ガスタービンケー
シング５，燃焼器外筒６、および燃焼器カバー７内に格
納されている。燃焼器２の上流端中央には拡散パイロッ
トバーナ８があり、その外周に環状の第一予混合バーナ
９がある。第一予混合バーナ９は、複数の第一予混合バ
ーナ用燃料ノズル１０、および旋回器１１を備えてい
る。第一予混合バーナ９のさらに外周側には、環状の第
二予混合バーナ１２があり、複数の第二予混合バーナ用
燃料ノズル１３、および保炎器１４を備えている。
【０００８】圧縮機１からの高圧空気１００は、燃焼器
外筒６と燃焼器ライナの間の概して環状の空間を通り、
一部はライナ冷却空気１０４として燃焼器内へ流入す
る。また残りの空気は第二予混合バーナ用空気１０２，
第一予混合バーナ用空気１０１および拡散パイロットバ
ーナ用空気１０３に分かれて燃焼器内へ供給され、それ
ぞれ燃焼用空気として用いられる。
外筒６と燃焼器ライナの間の概して環状の空間を通り、
一部はライナ冷却空気１０４として燃焼器内へ流入す
る。また残りの空気は第二予混合バーナ用空気１０２，
第一予混合バーナ用空気１０１および拡散パイロットバ
ーナ用空気１０３に分かれて燃焼器内へ供給され、それ
ぞれ燃焼用空気として用いられる。
【０００９】また燃料系統は、主燃料系統２００と，そ
こから分岐する拡散パイロットバーナ用燃料系統２０
３，第一予混合バーナ用燃料系統２０１，第二予混合バ
ーナ用燃料系統２０２よりなっている。主燃料系統２０
０には流量調節弁２０４が取り付けられており、ガスタ
ービンの負荷に応じて燃料流量を調節可能となってい
る。また、第一予混合バーナ用燃料系統２０１の燃料流
量は、流量調節弁２０５により、調節可能となってい
る。同様に、第二予混合バーナ用燃料系統２０２，拡散
パイロットバーナ用燃料系統２０３の燃料流量は、流量
調節弁２０６，２０７により、調節可能となっている。
こから分岐する拡散パイロットバーナ用燃料系統２０
３，第一予混合バーナ用燃料系統２０１，第二予混合バ
ーナ用燃料系統２０２よりなっている。主燃料系統２０
０には流量調節弁２０４が取り付けられており、ガスタ
ービンの負荷に応じて燃料流量を調節可能となってい
る。また、第一予混合バーナ用燃料系統２０１の燃料流
量は、流量調節弁２０５により、調節可能となってい
る。同様に、第二予混合バーナ用燃料系統２０２，拡散
パイロットバーナ用燃料系統２０３の燃料流量は、流量
調節弁２０６，２０７により、調節可能となっている。
【００１０】ガスタービンの運転は、図２に示すように
燃料を投入することにより、以下のように行う。起動か
ら定格回転数までと，ガスタービン負荷の小さい範囲で
は、拡散パイロットバーナ用燃料系統２０３のみに燃料
を流すことにより、拡散パイロットバーナ８で運転を行
う。拡散パイロット火炎は旋回器１１によって形成され
る第一予混合バーナ用空気１０１の旋回流によって安定
化される。そして予め定められた負荷で、拡散パイロッ
トバーナ用燃料系統２０３の燃料流量を減少させなが
ら、第二予混合バーナ用燃料系統２０２の燃料流量を増
加させ、第二予混合バーナ１２と拡散パイロットバーナ
８で運転を行う。第二予混合バーナは、保炎器後流の循
環流によって火炎が保炎され、安定な燃焼が可能とな
る。また拡散燃焼の大部分を予混合燃焼に変えること
で、燃焼器から排出するＮＯｘを抑制することが可能と
なる。その後の負荷上昇に対しては、第二予混合バーナ
用燃料系統２０２および拡散パイロットバーナ用燃料系
統２０３の燃料流量を増加させ運転する。
燃料を投入することにより、以下のように行う。起動か
ら定格回転数までと，ガスタービン負荷の小さい範囲で
は、拡散パイロットバーナ用燃料系統２０３のみに燃料
を流すことにより、拡散パイロットバーナ８で運転を行
う。拡散パイロット火炎は旋回器１１によって形成され
る第一予混合バーナ用空気１０１の旋回流によって安定
化される。そして予め定められた負荷で、拡散パイロッ
トバーナ用燃料系統２０３の燃料流量を減少させなが
ら、第二予混合バーナ用燃料系統２０２の燃料流量を増
加させ、第二予混合バーナ１２と拡散パイロットバーナ
８で運転を行う。第二予混合バーナは、保炎器後流の循
環流によって火炎が保炎され、安定な燃焼が可能とな
る。また拡散燃焼の大部分を予混合燃焼に変えること
で、燃焼器から排出するＮＯｘを抑制することが可能と
なる。その後の負荷上昇に対しては、第二予混合バーナ
用燃料系統２０２および拡散パイロットバーナ用燃料系
統２０３の燃料流量を増加させ運転する。
【００１１】このとき、拡散パイロットバーナの燃料
は、一部は拡散パイロットバーナ用空気１０３によって
燃焼し、残りは第一予混合バーナ用空気１０１によって
燃焼する。そして、 (拡散パイロットバーナの燃料)／(拡散パイロットバー
ナ用空気＋第一予混合バーナ用空気） で表される質量燃空比がおおよそ０.０３ 以下となるよ
うに第一予混合バーナ用空気は十分な量確保するため、
拡散パイロットバーナと第二予混合バーナが燃焼空気を
共用することはないので、発生するＮＯｘの増加を抑制
することが可能となる。
は、一部は拡散パイロットバーナ用空気１０３によって
燃焼し、残りは第一予混合バーナ用空気１０１によって
燃焼する。そして、 (拡散パイロットバーナの燃料)／(拡散パイロットバー
ナ用空気＋第一予混合バーナ用空気） で表される質量燃空比がおおよそ０.０３ 以下となるよ
うに第一予混合バーナ用空気は十分な量確保するため、
拡散パイロットバーナと第二予混合バーナが燃焼空気を
共用することはないので、発生するＮＯｘの増加を抑制
することが可能となる。
【００１２】さて、第二予混合バーナ用燃料系統２０２
および拡散パイロットバーナ用燃料系統２０３の燃料流
量を増加して負荷上昇させた後、今度は第一予混合バー
ナ用燃料系統２０１の燃料流量を投入することによって
運転する。このとき、第一予混合バーナ９の予混合気
は、第二予混合バーナ１２と拡散パイロットバーナ８の
燃焼ガスと混合し、全体が約１１００℃程度の高温とな
る。そのため、投入した第一予混合バーナ用燃料は、燃
焼器内で十分に反応し、予混合気の燃空比によらず高い
燃焼効率を得ることができる。したがって、第一予混合
バーナ９を着火させるために、空気制御を行ったり、燃
料をステップ状に増減する必要はなくなる。
および拡散パイロットバーナ用燃料系統２０３の燃料流
量を増加して負荷上昇させた後、今度は第一予混合バー
ナ用燃料系統２０１の燃料流量を投入することによって
運転する。このとき、第一予混合バーナ９の予混合気
は、第二予混合バーナ１２と拡散パイロットバーナ８の
燃焼ガスと混合し、全体が約１１００℃程度の高温とな
る。そのため、投入した第一予混合バーナ用燃料は、燃
焼器内で十分に反応し、予混合気の燃空比によらず高い
燃焼効率を得ることができる。したがって、第一予混合
バーナ９を着火させるために、空気制御を行ったり、燃
料をステップ状に増減する必要はなくなる。
【００１３】その後の負荷上昇に対しては、第一予混合
バーナ用燃料系統２０１の燃料流量を増加させ運転す
る。また拡散パイロットバーナの燃料は、拡散パイロッ
トバーナ用空気１０３のみで燃焼し第一予混合バーナ用
空気１０１を共用しない程度まで減少させることで、さ
らに低ＮＯｘ化を図ることができる。
バーナ用燃料系統２０１の燃料流量を増加させ運転す
る。また拡散パイロットバーナの燃料は、拡散パイロッ
トバーナ用空気１０３のみで燃焼し第一予混合バーナ用
空気１０１を共用しない程度まで減少させることで、さ
らに低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明により、部分負荷時に拡散パイロ
ットバーナと予混合バーナの空気が共用されることがな
くなるため、ＮＯｘ発生量の不必要な増加を抑制するこ
とが可能となる。またパイロットバーナと予混合バーナ
の両方を利用して負荷変動に対応することで、予混合バ
ーナの配列数を減らし構造や制御系統を簡単にすること
ができる。
ットバーナと予混合バーナの空気が共用されることがな
くなるため、ＮＯｘ発生量の不必要な増加を抑制するこ
とが可能となる。またパイロットバーナと予混合バーナ
の両方を利用して負荷変動に対応することで、予混合バ
ーナの配列数を減らし構造や制御系統を簡単にすること
ができる。
【図１】本発明の一実施例であるガスタービン燃焼器の
説明図。
説明図。
【図２】図１に示した燃焼器における、燃料の投入方法
の例を示す特性図。
の例を示す特性図。
２…燃焼器、８…拡散パイロットバーナ、９…第一予混
合バーナ、１２…第二予混合バーナ。
合バーナ、１２…第二予混合バーナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 正平 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 赤津 茂行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】燃焼器内の空気流れ方向に対して、上流側
中央に拡散燃焼用燃料供給手段を持つ拡散パイロットバ
ーナを備え、その外周に予混合燃焼用燃料と空気との混
合手段を持つ概して環状の第一予混合バーナを備え、さ
らにその外周に予混合燃焼用燃料と空気との混合手段を
持つ概して環状の第二予混合バーナを備えたガスタービ
ン用燃焼器において、 ガスタービンの起動からおおよそ定格回転数無負荷条件
までは、前記拡散パイロットバーナからの拡散燃料を前
記第一予混合バーナの空気によって燃焼させ、その後の
負荷上昇に際しては、まず前記第二予混合バーナに着火
し前記拡散パイロットバーナと前記第二予混合バーナの
燃料流量を制御することによって負荷の変動に対応し、
さらに高負荷帯では前記第一予混合バーナにも燃料を供
給して運転を行うことを特徴とするガスタービン燃焼器
の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP868895A JPH08200679A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | ガスタービン燃焼器の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP868895A JPH08200679A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | ガスタービン燃焼器の運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08200679A true JPH08200679A (ja) | 1996-08-06 |
Family
ID=11699870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP868895A Pending JPH08200679A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | ガスタービン燃焼器の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08200679A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016114329A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガス焚きバーナの運転方法及びガス焚きバーナ |
-
1995
- 1995-01-24 JP JP868895A patent/JPH08200679A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016114329A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガス焚きバーナの運転方法及びガス焚きバーナ |
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