JPH11210492A - ガスタービンプラントの燃料供給装置、その装置の暖機運転方法および冷却運転方法 - Google Patents

ガスタービンプラントの燃料供給装置、その装置の暖機運転方法および冷却運転方法

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JPH11210492A
JPH11210492A JP907798A JP907798A JPH11210492A JP H11210492 A JPH11210492 A JP H11210492A JP 907798 A JP907798 A JP 907798A JP 907798 A JP907798 A JP 907798A JP H11210492 A JPH11210492 A JP H11210492A
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gas turbine
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JP907798A
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Masao Ito
正雄 伊東
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Original Assignee
Toshiba Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】液体燃料で燃焼ガスを生成する場合、液体燃料
を超臨界圧力・温度にしてガスタービン燃焼器に供給す
る装置、その装置の暖機・冷却運転方法の提供。 【解決手段】の燃料供給装置は、ガスタービン燃焼器２
３に設置した各燃料用ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃ
に、燃料タンク２４からの燃料を超臨界圧力・温度にす
る燃料供給系２５と、この燃料供給系２５からバイパス
させて液体燃料を再び上記燃料タンクに還流させる燃料
戻り系２６を設けたものである。また、の暖機運転方法
は、ガスタービン２２の起動前、燃料タンクからの液体
燃料を燃料供給系２５、燃料戻り系２６を介して再び燃
料タンクに循環させる方法である。また、の冷却運転方
法は、ガスタービンの停止時、ガスタービン燃焼器に設
置した各燃料用ノズルに不活性供給系２７からの不活性
ガスを供給して付着した未燃料をパージさせた後、燃料
を燃料供給系、燃料戻り系を介して再び燃料タンクに循
環させる方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体燃料に空気を
加えて予混合化するとともに、微粒化し、その微粒化し
た混合気をガスタービン燃焼器に供給して燃焼ガスを生
成する際、ＮＯｘ濃度を低く抑えるガスタービンプラン
トの燃料供給装置、その装置の暖機運転方法および冷却
運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のガスタービンプラントでは、燃料
供給装置からガスタービン燃焼器に燃料を供給する際、
高価なＬＮＧ燃料（以下、ガス燃料と記す）に代えて比
較的安価な軽油または灯油（以下、液体燃料と記す）を
使用し、燃焼ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を低く抑える
開発が行われており、その構成として図２２に示すもの
がある。
【０００３】ガスタービンプラントは、互いに軸直結さ
せた発電機１、空気圧縮機２、ガスタービン３の空気圧
縮機２とガスタービン３との間に設置したガスタービン
燃焼器４に、液体燃料を供給する燃料供給装置５と、空
気圧縮機２から抽気した噴霧空気で液体燃料を微粒化さ
せる空気供給装置６とを設けた構成になっている。
【０００４】燃料供給装置５は、燃料タンク７からガス
タービン燃焼器４の頭部側に設置したパイロット燃料用
ノズル８ａ、予混合燃料用ノズル８ｂ、メイン燃料用ノ
ズル８ｃのそれぞれに液体燃料を供給する燃料系９に、
圧力調整弁１０と並列配置する燃料ポンプ１１、各ノズ
ル８ａ，８ｂ，８ｃに対応する流量調整弁１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを設け、ガスタービン燃焼器４の運転に対応
させて各弁１３ａ，１３ｂ，１３ｃを切り替えるように
なっている。
【０００５】また、空気供給装置６も、空気圧縮機２か
ら抽気し、ガスタービン燃焼器４の頭部側に設置したパ
イロット燃料用ノズル８ａ、予混合燃料用ノズル８ｂ、
メイン燃料用ノズル８ｃのそれぞれに噴霧用空気を供給
して液体燃料を微粒化させる空気系１３に、圧力調整弁
１４と並列配置する冷却器１５、昇圧機１６、各ノズル
８ａ，８ｂ，８ｃに対応する流量調整弁１７ａ，１７
ｂ，１７ｃを設け、ガスタービン燃焼器４の運転に対応
させて各弁１７ａ，１７ｂ，１７ｃを切り替えるように
なっている。
【０００６】このような構成を備えたガスタービンプラ
ントは、ガスタービン３を起動から定格まで運転させる
場合、図２３に示すように、まず、燃料タンク７から燃
料系９の流量調整弁１２ａを介してガスタービン燃焼器
４の燃焼器ライナ４ａの頭部側に設置したパイロット燃
料用ノズル８ａに供給する液体燃料を着火させ、燃料着
火後、空気圧縮機２から空気系１３の流量調整弁１７ｂ
を介してパイロット燃料用ノズル８ａに供給する噴霧空
気で液体燃料を微粒化させるとともに液体燃料を希薄化
させ、その微粒化させた予混合気を拡散燃焼させて燃焼
ガスを生成している。
【０００７】また、ガスタービンプラントは、ガスター
ビン３が無負荷状態のとき、予混合気を一旦ホールド状
態にさせ、ガスタービン３が初負荷から中間負荷になる
と、パイロット燃料用ノズル８ａに供給していた液体燃
料および微粒化用の噴霧空気を断ち、代って図示の切替
点Ａで、燃料タンク７および空気圧縮機２の流量調整弁
１２ｂ，１７ａのそれぞれから予混合燃料用ノズル８ｂ
に液体燃料および微粒化用の噴霧空気を供給し、燃焼ガ
スを生成している。
【０００８】次に、ガスタービンプラントは、ガスター
ビン３を、さらに負荷上昇させた後、上述予混合燃料用
ノズル８ｂで生成していた燃焼ガスを火炎としてメイン
燃料用ノズル８ｃに流量調整弁１２ｂ，１７ａから供給
する液体燃料および微粒化用の噴霧空気で燃焼ガスを生
成し、ガスタービン３を定格負荷にさせている。
【０００９】また、ガスタービンプラントは、ガスター
ビン３の負荷降下中にシャットダウン（運転停止）させ
る場合、図示の切替点Ｂで、燃料タンク７および空気圧
縮機２の流量調整弁１２ｃ，１７ｃのそれぞれからメイ
ン燃料用ノズル８ｃに供給していた液体燃料および微粒
化用の噴霧空気を断ち、次に、予混合燃焼用ノズル８ｂ
に供給していた液体燃料および流量調整弁１２ｂ，１７
ａからの微粒化用の噴霧空気を断ち、ガスタービン３が
無負荷状態になったとき、予混合気を一旦、ホールド状
態にさせた後、パイロット燃料用ノズル８ａに供給して
いた流量調整弁１２ａ，１７ｂからの液体燃料および微
粒化用の噴霧空気を断っている。
【００１０】ところで、最近のガスタービンプラントで
は、ガスタービン燃焼器４に供給しているガス燃料から
液体燃料に変える場合でもガス燃料と同様に液体燃料に
対する空気の当量比を約０．６にして液体燃料を希薄化
しているが、燃料希薄化の前提として液体燃料を短時間
の間に微粒化（蒸発）させる必要がある。
【００１１】液体燃料を微粒化（蒸発）させる手段に
は、従来から燃料ノズルの入口と出口との圧力差を大き
くし、液体燃料を高速噴出させる、いわゆる圧力噴霧方
式、ガスタービン燃焼器の器内外の圧力差を大きくし、
高圧空気のジェット噴流を利用する、いわゆるエアブラ
スト方式、圧力比１．３〜１．４の微粒化用の噴霧空気
を液体燃料に補助的に加える、いわゆるアトマイズエア
方式がある。このうち、アトマイズエア方式は、燃料ノ
ズルの構造およびその付帯設備を比較的簡素化できる点
でより多く用いられている。
【００１２】例えば、圧力噴霧方式とアトマイズエア方
式とを図２４で示すＰＶ線図で比較した場合、圧力噴霧
方式は、液体燃料を微粒化させるとき、点Ａの状態量
（圧力、比容積）の液体燃料を点Ｂ1 の状態量まで燃料
ポンプで昇圧させ（昇圧過程）、点Ｂ1 の状態量の液体
燃料を点Ｃ1 から点Ｄ1 まで流量調整弁で膨張させ（膨
張過程）、膨張後の液体燃料を燃料ノズルで液相から飽
和蒸気域を経て気相に変化（蒸発過程）させるのに対
し、アトマイズエア方式は、点Ａの状態量の液体燃料を
点Ｂ2 までに昇圧させる（昇圧過程）だけで足り、点Ｂ
2 の状態量の液体燃料を点Ｃ2 から点Ｄ2 まで膨張（膨
張過程）させた後、圧力噴霧方式に較べて相対的に低い
状態量の液体燃料を液相から飽和蒸気域を経て気相（蒸
発過程）に変化させるだけで足りる。
【００１３】このように、アトマイズエア方式は、圧力
噴霧方式に較べ、液体燃料の昇圧過程および膨張過程を
短時間で、かつ低くして行うことができるので、燃料ポ
ンプや流量調整弁の容量を比較的小さくすることができ
る点で有利になっている。
【００１４】最近のガスタービンプラントでは、ガスタ
ービン燃焼器４に供給する燃料を、ガス燃料から液体燃
料に変える場合、昇圧過程、膨張過程、蒸気過程を簡易
に、かつ短時間で行えるアトマイズエア方式を選択する
開発をテスト機を用いて検証しており、実機適用への実
現化が期待されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ガスタービン燃焼器に
供給する燃料を、ガス燃料から液体燃料に変える場合、
液体燃料は、ガス燃料に較べてＮＯｘ濃度を低く抑える
ことができない幾つかの問題点がある。
【００１６】まず、予混合燃焼に関し、液体燃料は、蒸
発が不十分であると、微粒化用の噴霧空気との混合が不
均一になり、ＮＯｘ濃度を低く抑えることが難しくな
る。この場合、高圧空気との予混合距離を長くすると、
滞留時間が長くなり、自己着火時間内に予混合室を出る
ことができず、予混合室内で自己着火し易くなる。した
がって、液体燃料に対する微粒化用の噴霧空気の当量比
を適切に設定してもガス燃料ほどには予混合性能が得ら
れず、ＮＯｘ濃度がガス燃料に較べて高くなっている。
【００１７】次に、第２に、拡散燃焼に関し、液体燃料
は、微粒化用の噴霧空気とともにガスタービン燃焼器に
直接噴射する方式であるため、微粒化用の噴霧空気と液
体燃料との界面で形成される火炎の局所当量比がほぼ一
定の下で、燃焼する特性を持っている。このため、サー
マルＮＯｘの発生を左右する断熱火炎温度は、液体燃料
の方がガス燃料に較べて若干高いかほぼ同じになってい
る。
【００１８】しかし、液体燃料による拡散燃焼では、ガ
スタービン燃焼器の出口でガス燃料に較べＮＯｘ濃度が
約３０％〜４０％と高くなっている。この原因は、サー
マルＮＯｘの発生のもう一つの因子である高温滞留時間
がある。液体燃料は、蒸発を伴う分、燃焼（火炎）完了
までの高温滞留時間が長く存在するのでサーマルＮＯｘ
を増加させている。
【００１９】このように、液体燃料を微粒化させる噴霧
空気を用いて燃焼ガスを生成する場合、より一層低いＮ
Ｏｘ濃度化を図るには限界があり、燃料費の比較的安価
な液体燃料でガス燃料と同等な低いＮＯｘ濃度にするに
は、新たな技術の実現が望まれている。
【００２０】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、サーマルＮＯｘ発生の要因となる液体燃料
の蒸発過程を予め燃料供給系内で確保させておき、燃焼
ガスの生成の際、高温滞留時間を短くしてガス燃料並み
の低ＮＯｘ濃度化を図ったガスタービンプラントの燃料
供給装置を提供することを目的とする。
【００２１】また、本発明の他の目的は、ガスタービン
の起動運転前または停止運転後、燃料供給系内を清浄化
させることにより、液体燃料の蒸発過程をより一層効果
的に促進させるガスタービンプラントの燃料供給装置の
暖機運転方法および冷却運転方法を提供することにあ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ンプラントの燃料供給装置は、上記目的を達成するため
に、請求項１に記載したように、発電機、空気圧縮機、
ガスタービン燃焼器、ガスタービンを備え、上記ガスタ
ービン燃焼器に設置した燃料用ノズルに、燃料タンクか
らの燃料を超臨界圧力・温度にして供給する燃料供給系
と、この燃料供給系の途中からバイパスさせ、上記燃料
を上記燃料タンクに還流させる燃料戻り系とを設けたも
のである。
【００２３】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項２に記
載したように、燃料供給系は、燃料タンクからの燃料の
流れに沿って燃料ポンプ、主加熱器、補助加熱器を順次
設けるとともに、ガスタービン燃焼器に設置したパイロ
ット燃料用ノズルおよび少なくとも一つ以上の予混合燃
料用ノズルのそれぞれに対応させてパイロット燃料供給
系および予混合燃料供給系を設けたものである。
【００２４】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項３に記
載したように、パイロット燃料用ノズルは、ガスタービ
ン起動運転時、燃料を拡散燃焼させて保炎を確保するも
のであり、少なくとも一つ以上の予混合燃料用ノズルの
うち、一つはガスタービン中間負荷運転時、上記パイロ
ット燃料用ノズルから切替えて予混合燃料を燃焼させて
保炎を確保するものであり、残りはガスタービン駆動ガ
スを生成するものである。
【００２５】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項４に記
載したように、パイロット燃料用ノズルおよび少なくと
も一つ以上の予混合燃料用ノズルのそれぞれに接続させ
たパイロット燃料供給系、予混合燃料供給系およびメイ
ン燃料供給系は、燃料の流れに沿って順に流量調整弁お
よび止め弁をそれぞれ設けたものである。
【００２６】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項５に記
載したように、流量調整弁と止め弁との間には、開閉弁
を介装させた不活性ガス供給系と、開閉弁を介装させた
燃料戻り系とを設け、上記不活性ガス供給系および燃料
戻り系をパイロット燃料供給系および少なくとも一つ以
上の予混合燃料供給系のそれぞれからバイパスさせたも
のである。
【００２７】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項６に記
載したように、燃料ポンプは、圧力調整弁を並列配置さ
せたものである。
【００２８】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項７に記
載したように、流量調整弁および圧力調整弁は、燃料供
給系の補助加熱器の後流側を流れる燃料の圧力・温度に
基づいて弁開閉信号を演算する演算部を設けたものであ
る。
【００２９】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項８に記
載したように、燃料戻り系は、減圧装置および減温装置
を介装させて燃料タンクに接続したものである。
【００３０】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項９に記
載したように、主加熱器および補助加熱器の少なくとも
一方は、熱源を電気ヒータにしたことを特徴とするもの
である。
【００３１】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項１０に
記載したように、主加熱器および補助加熱器の少なくと
も一方は、ガスタービンに接続するガスタービン排気系
を設け、熱源をガスタービン排気にしたことを特徴とす
るものである。
【００３２】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項１１に
記載したように、主加熱器および補助加熱器の少なくと
も一方は、コンバインドサイクル発電プラントの排熱回
収ボイラに接続する蒸気系を設け、熱源を上記排熱回収
ボイラから発生する蒸気にしたことを特徴とするもので
ある。
【００３３】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項１２に
記載したように、燃料戻り系の減温装置は、コンバイン
ドサイクル発電プラントにおける蒸気タービンプラント
の復水器でタービン排気を凝縮させた復水・給水を排熱
回収ボイラに接続する復水・給水系を設け、減温源を上
記復水器でタービン排気を凝縮させた復水・給水にした
ことを特徴とするものである。
【００３４】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項１３に
記載したように、燃料戻り系の減温装置は、空気圧縮機
が大気を吸い込む空気系に設置したものである。
【００３５】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項１４に
記載したように、燃料戻り系の減圧装置は、オリフィス
であることを特徴とするものである。
【００３６】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項１５に
記載したように、燃料戻り系は、タービンを設け、燃料
タンクに戻る燃料を用いてタービンを駆動し、燃料の持
つエネルギを回収させたものである。
【００３７】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給装置は、上記目的を達成するために、請求項１６に
記載したように、パイロット燃料供給系少なくとも一つ
以上の予混合燃料供給系のそれぞれに設けた流量調整弁
は、バイパス小弁を並列配置したものである。
【００３８】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給方法は、上記目的を達成するために、請求項１７に
記載したように、ガスタービン起動前、パイロット燃料
供給系の流量調整弁を開弁させ、止め弁を閉弁させ、少
なくとも一つ以上の予混合燃料供給系の流量調整弁を開
弁させ、止め弁を閉弁させるとともに燃料戻り系の開閉
弁を開弁させ、燃料タンクからの燃料を燃料供給系、パ
イロット燃料供給系、少なくとも一つ以上の予混合燃料
供給系、および燃料戻り系を介して再び燃料タンクに循
環させる方法である。
【００３９】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給方法は、上記目的を達成するために、請求項１８に
記載したように、パイロット燃料供給系の燃料の循環
は、ガスタービン燃焼器の燃料着火まで継続させ、少な
くとも一つ以上の予混合燃料供給系の燃料の循環は、ガ
スタービン中間負荷まで継続させる方法である。
【００４０】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給方法は、上記目的を達成するために、請求項１９に
記載したように、ガスタービン停止時、少なくとも一つ
以上の予混合燃料供給系の流量調整弁およびパイロット
燃料供給系の流量調整弁を順次閉弁させるとともに燃料
戻り系の開閉弁を順次閉弁させ、不活性ガス供給系から
の不活性ガスを、上記少なくとも一つ以上の予混合燃料
供給系に接続する予混合燃料用ノズルおよび上記パイロ
ット燃料供給系に接続するパイロット燃料用ノズルに順
次供給して未燃料をパージさせ、各燃料用ノズルのパー
ジ後、再び上記少なくとも一つ以上の予混合燃料供給系
の流量調整弁を開弁させ、止め弁を閉弁させ、上記パイ
ロット燃料供給系の流量調整弁を開弁させ、止め弁を閉
弁させるとともに、上記燃料戻り系の開閉弁を順次開弁
させ、燃料タンクからの燃料を燃料供給系、上記少なく
とも一つ以上の予混合燃料供給系、上記パイロット燃料
供給系および上記燃料戻り系を介して燃料タンクに循環
させる方法である。
【００４１】本発明に係るガスタービンプラントの燃料
供給方法は、上記目的を達成するために、請求項２０に
記載したように、燃料タンクからの燃料を、燃料供給
系、少なくとも一つ以上の予混合燃料供給系、パイロッ
ト燃料供給系および燃料戻り系を介して再び上記燃料タ
ンクへの循環は、同時に終了させる方法である。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
プラントの燃料供給装置、その装置の暖機運転方法およ
び冷却運転方法の実施形態を添付図面および図中に付し
た符号を引用して説明する。
【００４３】図１は、本発明に係るガスタービンプラン
トの燃料供給装置の第１実施形態を示す概略系統図であ
る。
【００４４】本実施形態に係るガスタービンプラントの
燃料供給装置は、発電機２０、空気圧縮機２１、ガスタ
ービン２２を互に軸結合させ、空気圧縮機２１とガスタ
ービン２２との間に設置したガスタービン燃焼器２３
に、ガスタービン運転中、燃料タンク２４からの液体燃
料を供給する燃料供給系２５を設けた構成になってい
る。
【００４５】燃料供給系２５は、燃料タンク２４、圧力
調整弁３６に並列的に配置する燃料ポンプ２９、主加熱
器３０、補助加熱器３１を、上流側から下流側に向って
順次設けるとともに、ガスタービン燃焼器２３に設置し
たパイロット燃料用ノズル２８ａ、予混合燃料用ノズル
２８ｂ、メイン燃料用ノズル２８ｃのそれぞれに対応さ
せて接続するパイロット燃料供給系２５ａ、予混合燃料
供給系２５ｂ、メイン燃料供給系２５ｃをそれぞれ設け
ている。
【００４６】パイロット燃料供給系２５ａ、予混合燃料
供給系２５ｂ、メイン燃料供給系２５ｃのそれぞれは、
上流側から順に、流量調整弁３４ａ，３４ｂ，３４ｃお
よび止め弁３５ａ，３５ｂ，３５ｃをそれぞれ備えると
ともに、流量調整弁３４ａ，３４ｂ，３４ｃと止め弁３
５ａ，３５ｂ，３５ｃとの間からバイパスさせ、開閉弁
２７ａ，２７ｂ，２７ｃをそれぞれ介装させて不活性ガ
ス、例えば窒素ガスを供給する不活性ガス供給系２７
と、開閉弁３８ａ，３８ｂ，３８ｃをそれぞれ介装させ
て液体燃料を燃料タンク２４に循環させる燃料戻り系２
６とが設けられている。なお、主加熱器３０および補助
加熱器の少なくとも一方は、熱源として電気ヒータが用
いられている。
【００４７】また、燃料供給系２５は、補助加熱器３１
の後流側に温度計３２、圧力計３３を設置し、主加熱器
３０および補助加熱器３１の少なくとも一方で過熱させ
た液体燃料の温度・圧力に基づいて弁開閉信号を演算
し、その演算信号を流量調整弁３４ａ，３４ｂ，３４ｃ
および圧力調整弁３６に与えて弁開閉制御させる演算部
３７を設けている。なお、補助加熱器３１は、主加熱器
３０での液体燃料の過熱不足を補うもので、主としてガ
スタービン起動運転時に使用される。
【００４８】一方、パイロット燃料供給系２５ａ、予混
合燃料供給系２５ｂ、メイン燃料供給系２５ｃのそれぞ
れからバイパスさせた燃料戻り系２６は、上流側から順
に開閉弁３８ａ，３８ｂ，３８ｃ、減圧装置３９（具体
的にはオリフィス）、減温装置４０を備えて燃料タンク
２４に接続する閉ループの構成になっている。
【００４９】図２は、本実施形態に係るガスタービンプ
ラントの燃料供給装置を、ガスタービン燃焼器２３に組
込んだ一例を示すガスタービン燃焼器２３の概略断面図
である。
【００５０】ガスタービン燃焼器２３は、燃焼器外筒４
１内に内筒としての燃焼器ライナ４２と燃焼器ライナ４
２で生成した燃焼ガスをガスタービン２２に案内するト
ラジションピース４３とを収容する構成になっている。
また、燃焼器ライナ４２内には、燃焼室４７が形成さ
れ、さらに燃焼器外筒４１と燃焼ライナ４２との間に空
気圧縮機２１からの高圧空気を燃焼器ライナ４２の頭部
側に案内する空気通路４４が形成されている。
【００５１】また、燃焼器ライナ４２の頭部側には、中
央にパイロット燃料用ノズル２８ａが、そのパイロット
燃料用ノズル２８ａの外側に予混合燃料用ノズル２８ｂ
が、さらに、その予混合燃料用ノズル２８ｂの外側にメ
イン燃料用ノズル２８ｃがそれぞれ設置されている。
【００５２】パイロット燃料用ノズル２８ａは、燃料着
火からガスタービン２２の中間負荷時まで使用されるも
ので、パイロット燃料供給系２５ａから止め弁３５ａを
介して供給される液体燃料に、空気通路４４から案内さ
れ、スワラ４５により旋回流が与えられた高圧空気を混
合させ、燃焼室４７で拡散燃焼させて燃焼ガスを生成し
ている。
【００５３】また、予混合燃料用ノズル２８ｂおよびメ
イン燃料用ノズル２８ｃは、ガスタービン２２が中間負
荷時になると使用されるもので、予混合燃料供給系２５
ｂおよびメイン燃料供給系２５ｃのそれぞれから止め弁
３５ａ，３５ｃのそれぞれを介して供給された液体燃料
に、空気通路４４から案内された高圧空気を加えて燃料
希薄状態（予混合化）にし、燃焼室４７で燃焼ガスを生
成する際、ＮＯｘ濃度を低く抑えるようになっている。
特に、メイン燃料用ノズル２８ｃは、予混合ダクト４６
を設け、予混合ダクト４６でメイン燃料供給系２５ｃか
ら止め弁３５ｃを介して供給された液体燃料に、空気通
路４４から案内された高圧空気を加える際、当量比を
０．６に調整してＮＯｘ濃度をより低く抑えるようにし
ている。
【００５４】図３は、本実施形態に係るガスタービンプ
ラントの燃料供給装置を流れる液体燃料の状態量（圧
力、温度、比容積）変化および液体燃料を液相から過熱
蒸気（気相）に変化させたときの相変化を説明するＰＶ
線図である。
【００５５】このＰＶ線図は、本実施形態に係るガスタ
ービンプラントに適用する液体燃料固有の臨界点がプロ
ットされており、臨界点を通る気液境界線を中心として
液相、飽和蒸気域（液相、気相の混合域）、気相に区分
けされている。また、液相と飽和蒸気域との境界は飽和
液線で区分けされ、飽和蒸気域と気相との境界は、飽和
蒸気線で区分けされている。さらに、このＰＶ線図で
は、等温線を表示することにより液体燃料の状態量がど
のように変化したかを容易に把握することができるよう
になっている。
【００５６】このＰＶ線図を用いて、本実施形態に係る
ガスタービンプラントの燃料供給装置を流れる液体燃料
の状態量変化を具体的に説明する。
【００５７】ガスタービンプラントの起動運転時、燃料
タンク２４から燃料ポンプ２９に供給される液体燃料
は、点Ａの状態量になっている。燃料ポンプ２９は、点
Ａから点Ｂの状態量に昇圧する（昇圧過程）。なお、昇
圧過程中、燃料ポンプ２９は、液体燃料の吸込み流量が
低いとき、圧力調整弁３６を開弁させ、液体燃料を循環
させ、ポンプ軸の焼き付防止等を図っている。
【００５８】点Ｂの状態量に昇圧した液体燃料は、主加
熱器３０および補助加熱器３１の少なくとも一方で臨界
温度以上の温度に過熱され（昇温過程）、点Ｃの状態量
にして流量調整弁３４ａに供給される。
【００５９】点Ｃの状態量に昇圧・昇温した液体燃料
は、点Ｄの状態量まで図１で示した流量調整弁３４ａ，
３４ｂ，３４ｃおよびパイロット燃料用ノズル２８ａ、
予混合燃料用ノズル２８ｂ、メイン燃料用ノズル２８ｃ
等で断熱膨張線に沿って膨張する。この場合、液体燃料
の膨張線は、比容積を増加させると、等温線Ｔ＞Ｔc よ
りも温度の低い方向に軌跡を採っている。しかし、液体
燃料は、燃料ポンプ２９および主加熱器３０により超臨
界圧力、超臨界温度に維持されているので、過熱蒸気と
湿り蒸気の境界線である飽和蒸気線を下廻ることがな
く、常に過熱蒸気（気相）の状態で膨張させることがで
きるようになっている。
【００６０】また、液体燃料は、断熱膨張線上に沿って
膨張する中で、点Ｅのガスタービン定格負荷において、
メイン燃料用ノズル２８ａおよび予混合燃料用ノズル２
８ｂから燃焼器ライナ４２に噴出され、点Ｆのガスター
ビン中間負荷において、予混合燃料用ノズル２８ｂおよ
びパイロット燃料用ノズル２８ａから燃焼器ライナ４２
に噴出され、点Ｇの燃料着火において、パイロット燃料
用ノズル２８ａから燃焼器ライナ４２に噴出され、ガス
タービン負荷の変化に対応させて予混合燃焼および拡散
燃焼を行うようになっている。
【００６１】また、液体燃料は、燃料着火前において、
燃料供給系２５、パイロット燃料供給系２５ａ、予混合
燃料供給系２５ｂ、メイン燃料供給系２５ｃ、燃料戻り
系２６を介して循環し、この間、図１で示した減圧装置
３９で減圧し、減温装置４０で減温し、点Ｄの状態量に
して燃料タンク２４に戻されている。
【００６２】図４は、図３で示した点Ｅのガスタービン
定格負荷時における液体燃料が液相から過熱蒸気（気
相）に相変化することを説明する模式図である。
【００６３】断熱膨張線上に沿って膨張する液体燃料
は、点Ｅのガスタービン定格負荷のとき、メイン燃料用
ノズル２８ｃおよび予混合燃料用ノズル２８ｂの入口で
超臨界の過熱液状態になっており、この状態から各ノズ
ル２８ｃ、２８ｂを通過する際に膨張して過熱蒸気（気
相）に相変化するようになっている。
【００６４】このように、液体燃料を過熱蒸気に容易に
相変化できるのは、図５に示すように、液体燃料が常温
Ｔo のとき、表面張力はσo と高くなっているのに対
し、臨界温度Ｔc 以上になると表面張力がゼロになるこ
とに基因する。
【００６５】また、図６は、図３で示した点Ｆのガスタ
ービン中間負荷における液体燃料が液相から過熱蒸気
（気相）に相変化することを説明する模式図である。
【００６６】従来、液体燃料は、常温状態でガスタービ
ン燃焼器２３に投入しているため、過熱させて蒸発させ
るまでに長時間を要し、過熱蒸気（気相）に相変化させ
ることに困難をきたしている。しかし、本実施形態で
は、液体燃料を主加熱器３０等で超臨界の過熱液状態に
しているので、流量調整弁２８ａ，２８ｂの通過中に容
易に過熱蒸気に相変化させることができ、各ノズル２８
ａ，２８ｂで蒸発に要する時間をゼロにすることができ
る。
【００６７】このように、本実施形態では、ガスタービ
ン定格負荷時およびガスタービン中間負荷時ともに、液
体燃料を各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃから燃焼室４
７に噴出させる際、液体燃料の蒸発時間をゼロにし、瞬
時に過熱蒸気の状態にして燃焼室４７に噴出させている
ので、ＮＯｘ濃度をガス燃料並みに低く抑えることがで
きる。
【００６８】図７は、当量比に対する断熱火炎温度特性
を、ガス燃料と液体燃料とで対比させた線図である。こ
の線図では、ガスタービン燃焼器で燃焼ガスを生成する
際、燃料に投入する空気の温度を約４００℃にしたとき
の断熱火炎温度であり、ガス燃料および液体燃料ともに
当量比を約１．０にしたとき、断熱火炎温度が約２２０
０℃になっており、液体燃料もガス燃料とほぼ同じ断熱
火炎温度特性をもっていることが認められた。
【００６９】したがって、本実施形態では、ガスタービ
ン負荷の大小に対応させてパイロット燃料用ノズル２８
ａ、予混合燃料用ノズル２８ｂ、メイン燃料用ノズル２
８ｃを使い分け、かつ各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃ
に予混合燃焼を行わせているので、ガス燃料並みにサー
マルＮＯｘを低く抑えることができる。
【００７０】図８は、ガスタービン起動時、パイロット
燃料用ノズル２８ａに拡散燃焼を行わせる場合に発生す
るＮＯｘ濃度を、従来と本発明とで対比させた線図であ
る。
【００７１】本実施形態では、パイロット燃料用ノズル
２８ａに拡散燃焼を行わせる場合、従来と異なりガスタ
ービン起動時から予混合燃焼を行わせているので、ＮＯ
ｘ濃度を低く抑えることができ、その濃度値を従来に較
べて約３０％削減させて、ガス燃料並みに低く抑えるこ
とができる。
【００７２】図９は、ガスタービン中間負荷時またはガ
スタービン定格負荷時、予混合燃料用ノズル２８ｂおよ
びメイン燃料用ノズル２８ｃに予混合燃焼を行わせる場
合に発生するＮＯｘ濃度を、従来と本発明とで対比させ
た線図である。
【００７３】本実施形態では、予混合燃料用ノズル２８
ｂおよびメイン燃料用ノズル２８ｃに予混合燃焼を行わ
せる場合、従来と異なり液体燃料を液相から過熱蒸気に
相変化させる蒸発に要する時間をゼロにしているので、
ＮＯｘ濃度を低く抑えることができ、その濃度値を従来
に較べて約３０％削減させて、ガス燃料並みに低く抑え
ることができる。
【００７４】次に、本実施形態に係るガスタービンプラ
ントの燃料供給装置の暖機運転方法および冷却運転方法
を説明する。
【００７５】図１０は、図１で示した燃料タンク２７か
ら燃料供給系２５を介してガスタービン燃焼器２３のパ
イロット燃料用ノズル２８ａ、予混合燃料用ノズル２８
ｂ、メイン燃料用ノズル２８ｃのそれぞれに、液体燃料
をガスタービン負荷の大小に対応させて供給する場合の
燃料供給パターンに組込んで燃料供給系２５の暖機運転
および冷却運転を説明する液体燃料供給フロー線図であ
る。なお、各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃのそれぞれ
に、液体燃料をガスタービン負荷の大小に対応させて供
給する場合の燃料供給パターンは、すでに図２３で示し
てあるので説明を省略する。
【００７６】液体燃料を、液相から過熱蒸気（気相）に
相変化させてガスタービン燃焼器２３のパイロット燃料
用ノズル２８ａ、予混合燃料用ノズル２８ｂ、メイン燃
料用ノズル２８ｃのそれぞれに供給して燃焼ガスを生成
する場合、燃料供給系２５は、ガスタービン起動運転前
あるいはガスタービン停止運転後、何らかの対策を講じ
ておかないと、未燃燃料のデポジット（堆積・付着）に
基づく火炎の逆火、自己着火、あるいはすすの発生等の
おそれがある。
【００７７】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、ガスタービン起動前、燃料供給系２５に暖機運転
を行わせ、ガスタービン停止後、メイン燃料用ノズル２
８ａ、予混合燃料用ノズル２８ｂ、パイロット燃料用ノ
ズル２８ａの順にパージ運転を行わせた後、燃料供給系
２５に冷却運転を行わせるようになっている。
【００７８】（１）暖機運転 ガスタービン起動前、燃料供給系２５は、図１１に示す
ように、パイロット燃料供給系２５ａの流量調整弁３４
ａを微開させ、止め弁３５ａを閉弁させ、燃料戻り系２
６の開閉弁３８ａを開弁させるとともに、予混合燃料供
給系２５ｂの流量調整弁３４ｂを微開させ、止め弁３５
ｂを閉弁させ、燃料戻り系２６の開閉弁３８ｂを開弁さ
せる。各弁を開弁または閉弁させた後、燃料供給系２５
は、図１で示した燃料ポンプ２９を駆動させ、燃料タン
ク２４からの液体燃料をパイロット燃料供給系２５ａ、
予混合燃料供給系２５ｂ、燃料戻り系２６を介して再び
燃料タンク２４に循環させ、この間、主加熱器３０等が
設定温度になるまで循環を継続させて暖機運転を行う。
【００７９】ガスタービン燃焼器２３が図１０に示すよ
うに、燃料着火に入ると、燃料供給系２５は、図１２に
示すように、パイロット燃料供給系２５ａの流量調整弁
３４ａおよび止め弁３５ａを開弁させるとともに、燃料
戻り系２６の開閉弁３８ａを閉弁させ、液体燃料をパイ
ロット燃料用ノズル２８ａに供給し、パイロット燃料用
ノズル２８ａに拡散燃焼を行わせるとともに、予混合燃
料供給系２５ｂの暖機運転を継続させる。
【００８０】ガスタービン２２が図１０に示すように、
中間負荷に入り、切替点Ａに達すると、燃料供給系２５
は、図１３に示すように、パイロット燃料供給系２５ａ
の流量調整弁３４ａ、止め弁３５ａを閉弁させてパイロ
ット燃料用ノズル２８ａへの液体燃料の供給を断つとと
もに、予混合燃料供給系２５ｂの流量調整弁３４ｂ、止
め弁３５を開弁させ、燃料戻り系２６の開閉弁３８ｂを
閉弁させ、液体燃料を予混合燃料用ノズル２８ｂに供給
し、予混合燃料用ノズル２８ｂに予混合燃焼を行わせ、
暖機運転を終了させる。なお、図１１、図１２および図
１３は、ともに、液体燃料をメイン燃料用ノズル２８ｃ
に供給するメイン燃料供給系２５ｃの暖機運転の手順に
ついて図示していないが、無論、メイン燃料供給系２５
ｃにも燃料供給系２５から液体燃料が供給され、暖機運
転を行わせている。
【００８１】（２）パージ運転 負荷降下中、ガスタービン２２をシャットダウン（運転
停止）させる場合、燃料供給系２５は、図１０で図示し
た切替点Ｂで、図１に示したメイン燃料供給系２５ｃの
流量調整弁３４ｃを閉弁させメイン燃料用ノズル２８ｃ
への液体燃料の供給を断ち、燃料戻り系２６の開閉弁３
８ａを閉弁させるとともに、不活性ガス供給系２７の開
閉弁２７ｃを開弁させ、外部から不活性ガスをメイン燃
料用ノズル２８ｃに供給し、メイン燃料用ノズル２８ｃ
に付着・堆積する液体燃料をパージする。
【００８２】次に、燃料供給系２５は、図１４に示すよ
うに、予混合燃料供給系２５ｂの流量調整弁３４ｂを閉
弁させ予混合燃料用ノズル２８ｂへの液体燃料の供給を
断ち、燃料戻り系２６の開閉弁３８ｂを閉弁させるとと
もに、不活性ガス供給系２７の開閉弁２７ｂを開弁さ
せ、上述と同様に、予混合燃料用ノズル２８ｂに付着・
堆積する液体燃料をパージさせる。
【００８３】最後に、ガスタービン２２が図１０に示す
ように運転停止すると、燃料供給系２５は、図１で示し
たパイロット燃料供給系２５ａの流量調整弁３４ａを閉
弁させパイロット燃料用ノズル２８ａへの液体燃料の供
給を断ち、燃料戻り系２６の開閉弁３８ａを閉弁させる
とともに、不活性ガスでパイロット燃料用ノズル２８ａ
にパージさせる。
【００８４】（３）冷却運転 メイン燃料用ノズル２８ｃ、予混合燃料用ノズル２８
ｂ、パイロット燃料用ノズル２８ａのそれぞれがパージ
運転を終了すると、燃料供給系２５は、メイン燃料供給
系２５ｃの流量調整弁３４ｃ、予混合燃料供給系２５ｂ
の流量調整弁３４ｂ、パイロット燃料供給系２５ａの流
量調整弁３４ａを再び順次開弁させ、メイン燃料供給系
２５ｃの止め弁３５ｃ、予混合燃料供給系２５ｂの止め
弁３５ｂ、パイロット燃料供給系２５ａの止め弁３５ａ
を順次閉弁させるとともに、燃料戻り系２６の開閉弁３
８ｃ、３８ｂ，３８ａを開弁させ、液体燃料を循環さ
せ、高温化していた各燃料供給系２５ｃ、２５ｂ，２５
ａを冷却させ、各燃料供給系２５ａ，２５ｂ，２５ｃの
冷却運転を同時に終了させ、ガスタービン２２の再起動
運転を待つ。
【００８５】このように、本実施形態では、ガスタービ
ン２２の起動前、各燃料供給系２５ａ，２５ｂ，２５ｃ
に暖機運転を行わせ、ガスタービン２２のシャットダウ
ン後、各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃにパージ運転を
行わせ、ガスタービン２２の停止後、各燃料供給系２５
ａ，２５ｂ，２５ｃに冷却運転を行わせるので、ガスタ
ービン２２の起動時、各燃料供給系２５ａ，２５ｂ，２
５ｃの液体燃料のドレン化が防止でき、各ノズル２８
ａ，２８ｂ，２８ｃの未燃燃料のデポジット化が防止で
き、ガスタービン燃焼器２３に安定運転を行わせること
ができる。
【００８６】図１５は、ガスタービン負荷に対するＮＯ
ｘ濃度を、従来と本発明とで対比させた線図である。
【００８７】本実施形態では、パイロット燃料用ノズル
２８ａで拡散燃焼を行わせ、予混合燃料用ノズル２８ｂ
およびメイン燃料用ノズル２８ｃで予混合燃焼を行わせ
る場合、従来と異なり液体燃料の液相を過熱蒸気（気
相）に相変化させる蒸発時間ゼロにする一方、ガスター
ビン起動前または停止時、各燃料供給系２５ａ，２５
ｂ，２５ｃに暖機運転および冷却運転を行わせ、各ノズ
ル２８ａ，２８ｂ，２８ｃにパージ運転を行わせて万全
を期しているので、従来に較べてＮＯｘ濃度を低く抑え
ることができ、ガス燃料並みにＮＯｘ濃度を低くするこ
とができる。
【００８８】図１６は、本発明に係るガスタービンプラ
ントの燃料供給装置の第２実施形態を示す概略系統図で
ある。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同
一符号を付す。
【００８９】本実施形態は、主加熱器３０の熱源にガス
タービン２２の排ガス（排熱）を利用するため、ガスタ
ービン２２と主加熱器３０とをガスタービン排気系４８
で接続させたものである。
【００９０】本実施形態は、主加熱器３０の熱源をガス
タービン２２の排ガスを利用したので、熱の有効活用を
図ることができ、プラント熱効率を向上させることがで
きる。
【００９１】図１７は、本発明に係るガスタービンプラ
ントの燃料供給装置をコンバインドサイクル発電プラン
トに組込んだ第３実施形態を示す概略系統図である。な
お、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を
付す。
【００９２】本実施形態は、主加熱器３０の熱源にコン
バインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラ４９か
ら発生する蒸気を利用するため、排熱回収ボイラ４９と
主加熱器３０とを蒸気系５０で接続させたものである。
【００９３】コンバインドサイクル発電プラントは、ガ
スタービン２２に排熱回収ボイラ４９および蒸気タービ
ンプラント５１を組合わせたもので、ガスタービン２２
から出る排ガスをガスタービン排気系４８を介して排熱
回収ボイラ４９に供給し、その排ガスを熱源として排熱
回収ボイラ４９で蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気ター
ビンプラント５１を駆動するものである。
【００９４】蒸気タービンプラント５１は、蒸気加減弁
５２、蒸気タービン５３、発電機５４、減温器５５、復
水器５６、給水ポンプ５７を備え、排熱回収ボイラ４９
から発生する蒸気を、蒸気系５０、主加熱器３０および
蒸気加減弁５２を介して蒸気タービン５３に供給し、こ
こで膨張仕事をさせて発電機５４を回転駆動するように
なっている。
【００９５】また、蒸気タービンプラント５１は、蒸気
タービン５３で膨張仕事を終えたタービン排気を、減温
器５５で減温させた後、復水器５６で凝縮させて復水・
給水にし、復水・給水を給水ポンプ５７を介して排熱回
収ボイラ４９に供給するようになっている。なお、減温
器５５は、必要に応じて取除いてもよい。
【００９６】排熱回収ボイラ４９は、ガスタービン２２
の排ガスを熱源として復水・給水を加熱して蒸気を発生
させ、蒸気を発生させた後の排ガスを煙突５８を介して
大気に放出させている。
【００９７】このように、本実施例では、排熱回収ボイ
ラ４９から発生する蒸気を、主加熱器３０に案内する蒸
気系５０を設け、排熱回収ボイラ４９から発生する蒸気
を熱源として液体燃料を主加熱器３０で過熱させるの
で、熱の有効活用を図ることができ、プラント熱効率を
向上させることができる。
【００９８】図１８は、本発明に係るガスタービンプラ
ントの燃料供給装置をコンバインドサイクル発電プラン
トに組込んだ第４実施形態を示す概略系統図である。な
お、第３実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を
付す。
【００９９】本実施形態は、燃料戻り系２６の減温装置
４０の減温源にコンバインドサイクル発電プラントの復
水器５６で凝縮させた復水・給水を利用するため、復水
器５１と減温装置４０とを復水・給水系５７ａで接続さ
せたものである。
【０１００】復水・給水系５７ａは、蒸気タービン５３
のタービン排気を復水器５６で凝縮させ、復水・給水に
して給水ポンプ５７を介して減温装置４０に案内し、燃
料戻り系２６の液体燃料を減温させた後、排熱回収ボイ
ラ４９に供給するようになっている。
【０１０１】したがって、本実施例では、蒸気タービン
５３からのタービン排気を復水器５６で凝縮させた復水
・給水を減温装置４０に案内する復水・給水系５７ａを
設けたので、液体燃料を確実に減温させることができ、
液体燃料を常温の安全状態で燃料タンク２４に回収させ
ることができる。
【０１０２】図１９は、本発明に係るガスタービンプラ
ントの燃料供給装置の第５実施形態を示す概略系統図で
ある。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同
一符号を付す。
【０１０３】本実施形態は、燃料戻り系２６の減温装置
４０の減温源に大気を利用するため、空気圧縮機２１が
大気を吸い込む空気系５９に減温装置４０を介装させた
ものである。
【０１０４】従来、ガスタービンプラントの運転方法に
は、ガスタービン２２の部分負荷時、空気圧縮機２１の
入口側の翼を絞り、吸い込み空気流量を少なくさせて空
気圧縮機２１の効率低下を極力低く抑える運転方法があ
る。この運転方法では、吸い込み空気流量を絞り込む
際、翼面が負圧の抵抗を受け静温が低くなるので、翼面
に氷を付着させる、いわゆるアイシングが発生し、翼性
能を低下させることがある。
【０１０５】本実施形態は、このような点に着目したも
ので、燃料戻り系２６の高温の液体燃料を減温させる減
温器４０を、空気圧縮機２１が大気を吸い込む空気系５
９に介装させ、液体燃料を熱源として大気を加温させ、
アイシング発生を防止させたものである。
【０１０６】したがって、本実施形態では、空気系５９
に減温器４０を介装させ、ガスタービン２２の部分負荷
時、比較的量的に多い液体燃料で吸い込む空気を加温さ
せたので、アイシングを防止して空気圧縮機２１の絞り
込み運転幅を広くすることができ、空気圧縮機２１に安
定運転を行わせることができる。
【０１０７】図２０は、本発明に係るガスタービンプラ
ントの燃料供給装置の第６実施形態を示す概略系統図で
ある。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同
一符号を付す。
【０１０８】本実施形態は、燃料戻り系２６にタービン
６０を設け、ガスタービン２２の起動前の暖機運転時、
燃料タンク２４から燃料供給系２５、パイロット燃料供
給系２５ａ、予混合燃料供給系２５ｂ、メイン燃料供給
系２５ｃを介して燃料戻り系２６に循環する液体燃料を
用いてタービン６０を駆動し、液体燃料の持つ熱エネル
ギの回収を図ったものである。
【０１０９】したがって、本実施形態では、燃料戻り系
２６にタービン６０を設け、タービン６０を駆動させて
循環する液体燃料の持つ熱エネルギを回収させたので、
タービン６０によって得た動力で、他の補助動力、例え
ばポンプ駆動等に活用することができ、ガスタービンプ
ラントのプラント熱効率を向上させることができる。
【０１１０】図２１は、本発明に係るガスタービンプラ
ントの燃料供給装置の第７実施形態を示す概略図であ
る。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一
符号を付す。
【０１１１】本実施形態は、燃料供給系２５からパイロ
ット燃料供給系２５ａおよび予混合燃料供給系２５ｂを
介してガスタービン燃焼器２３のパイロット燃料用ノズ
ル２８ａおよび予混合燃料用ノズル２８ｂのそれぞれに
供給される液体燃料を流量コントロールする流量調整弁
３４ａ，３４ｂに、比較的小流量の液体燃料を流量コン
トロールするバイパス小弁６１ａ，６１ｂを並列配置さ
せたものである。
【０１１２】このように、本実施形態では、各流量調整
弁３４ａ，３４ｂのそれぞれにバイパス小弁６１ａ，６
１ｂを並列配置させ、ガスタービン起動前の暖機運転の
際、液体燃料を大流量と小流量とに区分けして燃料戻り
系２６に回収させたので、各燃料供給系２５ａ，２５ｂ
にきめ細く精度の高い流量コントロールを行わせること
ができる。なお、図２１中、メイン燃料供給系２５ｃの
流量調整弁３４ｃについては図示していないが、無論、
流量調整弁３４ｃにもバイパス小弁を設けている。
【０１１３】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係るガスタ
ービンプラントの燃料供給装置は、常温・常圧の液体燃
料を超臨界の圧力・温度にし、ガスタービン燃焼器に設
置するパイロット燃料用ノズル、予混合燃料用ノズル、
メイン燃料用ノズルのそれぞれから燃焼室に噴出させる
際、流体燃料の蒸発時間をゼロにして過熱蒸気にして噴
出させたので、ガス燃料並みにＮＯｘ濃度を低く抑える
ことができる。
【０１１４】また、本発明に係るガスタービンプラント
の燃料供給装置の暖機運転方法および冷却運転方法は、
ガスタービン燃焼器のパイロット燃料用ノズル、予混合
燃料用ノズル、ノズル燃料用ノズルのそれぞれから燃焼
室に噴出させる液体燃料を過熱蒸気にする前提として燃
料供給系に付着・堆積する未燃燃料を除去するので、液
体燃料を確実に過熱蒸気にして各ノズルから燃焼室に噴
出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置の第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置をガスタービン燃焼器に組込んだ一例を示すガスタ
ービン燃焼器の概略断面図。
【図３】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供給
装置を流れる液体燃料の状態量変化および液体燃料を液
相から過熱蒸気に変化させたときの相変化を説明するＰ
Ｖ線図。
【図４】ガスタービン定格負荷時、液体燃料が液相から
過熱蒸気に相変化することを説明する模式図。
【図５】液体燃料の温度と表面張力との関係を示す線
図。
【図６】ガスタービン中間負荷時、液体燃料が液相から
過熱蒸気に相変化することを説明する模式図。
【図７】ガス燃料および液体燃料の当量比と断熱火炎温
度との関係を示す線図。
【図８】拡散燃焼によるＮＯｘ濃度を、従来と本発明と
で対比させた線図。
【図９】予混合燃焼によるＮＯｘ濃度を、従来と本発明
とで対比させた線図。
【図１０】液体燃料をガスタービン負荷の大小に対応さ
せてガスタービン燃焼器の各ノズルに供給する場合の燃
料供給パターンに組込んで本発明に係るガスタービンプ
ラントの燃料供給装置の暖機運転方法および冷却運転方
法を説明する液体燃料供給フロー線図。
【図１１】ガスタービン起動前、燃料供給系に暖機運転
をさせるにあたり、弁の開閉手順を説明する図。
【図１２】ガスタービン中間負荷時の切替点まで予混合
燃料供給系に暖機運転をさせるにあたり、弁の開閉手順
を説明する図。
【図１３】燃料供給系の暖機運転を終了させるにあた
り、弁の開閉手順を説明する図。
【図１４】ガスタービン運転停止時、ガスタービン燃焼
器に設置した燃料用ノズルにパージ運転させるにあた
り、弁の開閉手順を説明する図。
【図１５】ガスタービン負荷に対するＮＯｘ濃度を、従
来と本発明とで対比させた線図。
【図１６】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供
給装置の第２実施形態を示す概略系統図。
【図１７】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供
給装置を、コンバインドサイクル発電プラントに組込ん
だ第３実施形態を示す概略系統図。
【図１８】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供
給装置を、コンバインドサイクル発電プラントに組込ん
だ第４実施形態を示す概略系統図。
【図１９】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供
給装置の第５実施形態を示す概略系統図。
【図２０】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供
給装置の第６実施形態を示す概略系統図。
【図２１】本発明に係るガスタービンプラントの燃料供
給装置の第７実施形態を示す概略図。
【図２２】従来のガスタービンプラントの燃料供給装置
を示す概略系統図。
【図２３】液体燃料をガスタービン負荷の大小に対応さ
せてガスタービン燃焼器の各ノズルに供給する場合、従
来の燃料供給パターンを示す液体燃料供給フロー線図。
【図２４】従来のガスタービンプラントの燃料供給装置
を流れる液体燃料の状態量変化および液体燃料を液相か
ら過熱蒸気に変化させたときの相変化を説明するＰＶ線
図。
【符号の説明】
１ 発電機 ２ 空気圧縮機 ３ ガスタービン ４ ガスタービン燃焼器 ４ａ 燃焼器ライナ ５ 燃料供給装置 ６ 空気供給装置 ７ 燃料タンク ８ａ パイロット燃料用ノズル ８ｂ 予混合燃料用ノズル ８ｃ メイン燃料用ノズル ９ 燃料系 １０ 圧力調整弁 １１ 燃料ポンプ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ 流量調整弁 １３ 空気系 １４ 圧力調整弁 １５ 冷却器 １６ 昇圧機 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ 流量調整弁 ２０ 発電機 ２１ 空気圧縮機 ２２ ガスタービン ２３ ガスタービン燃焼器 ２４ 燃料タンク ２５ 燃料供給系 ２５ａ パイロット燃料供給系 ２５ｂ 予混合燃料供給系 ２５ｃ メイン燃料供給系 ２６ 燃料戻り系 ２７ 不活性ガス供給系 ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ 開閉弁 ２８ａ パイロット燃料用ノズル ２８ｂ 予混合燃料用ノズル ２８ｃ メイン燃料用ノズル ２９ 燃料ポンプ ３０ 主加熱器 ３１ 補助加熱器 ３２ 温度計 ３３ 圧力計 ３４ａ，２４ｂ，３４ｃ 流量調整弁 ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ 止め弁 ３６ 圧力調整弁 ３７ 演算部 ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ 開閉弁 ３９ 減圧装置 ４０ 減温装置 ４１ 燃焼器外筒 ４２ 燃焼器ライナ ４３ トラジションピース ４４ 空気通路 ４５ スワラ ４６ 予混合ダクト ４７ 燃焼室 ４８ ガスタービン排気系 ４９ 排熱回収ボイラ ５０ 蒸気系 ５１ 蒸気タービンプラント ５２ 蒸気加減弁 ５３ 蒸気タービン ５４ 発電機 ５５ 減温器 ５６ 復水器 ５７ 給水ポンプ ５７ａ 復水・給水系 ５８ 煙突 ５９ 空気系 ６０ タービン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｃ 7/26 Ｆ０２Ｃ 7/26 Ｄ 9/38 9/38 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ａ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発電機、空気圧縮機、ガスタービン燃焼
    器、ガスタービンを備え、上記ガスタービン燃焼器に設
    置した燃料用ノズルに、燃料タンクからの燃料を超臨界
    圧力・温度にして供給する燃料供給系と、この燃料供給
    系の途中からバイパスさせ、上記燃料を上記燃料タンク
    に還流させる燃料戻り系とを設けたことを特徴とするガ
    スタービンプラントの燃料供給装置。
  2. 【請求項２】 燃料供給系は、燃料タンクからの燃料の
    流れに沿って燃料ポンプ、主加熱器、補助加熱器を順次
    設けるとともに、ガスタービン燃焼器に設置したパイロ
    ット燃料用ノズルおよび少なくとも一つ以上の予混合燃
    料用ノズルのそれぞれに対応させてパイロット燃料供給
    系および予混合燃料供給系を設けたことを特徴とする請
    求項１記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  3. 【請求項３】 パイロット燃料用ノズルは、ガスタービ
    ン起動運転時、燃料を拡散燃焼させて保炎を確保するも
    のであり、少なくとも一つ以上の予混合燃料用ノズルの
    うち、一つはガスタービン中間負荷運転時、上記パイロ
    ット燃料用ノズルから切替えて予混合燃料を燃焼させて
    保炎を確保するものであり、残りはガスタービン駆動ガ
    スを生成するものであることを特徴とする請求項２記載
    のガスタービンの燃料供給装置。
  4. 【請求項４】 パイロット燃料用ノズルおよび少なくと
    も一つ以上の予混合燃料用ノズルのそれぞれに接続させ
    たパイロット燃料供給系、予混合燃料供給系およびメイ
    ン燃料供給系は、燃料の流れに沿って順に流量調整弁お
    よび止め弁をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項２
    記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  5. 【請求項５】 流量調整弁と止め弁との間には、開閉弁
    を介装させた不活性ガス供給系と、開閉弁を介装させた
    燃料戻り系とを設け、上記不活性ガス供給系および燃料
    戻り系をパイロット燃料供給系および少なくとも一つ以
    上の予混合燃料供給系のそれぞれからバイパスさせたこ
    とを特徴とする請求項３記載のガスタービンプラントの
    燃料供給装置。
  6. 【請求項６】 燃料ポンプは、圧力調整弁を並列配置さ
    せたことを特徴とする請求項２記載のガスタービンプラ
    ントの燃料供給装置。
  7. 【請求項７】 流量調整弁および圧力調整弁は、燃料供
    給系の補助加熱器の後流側を流れる燃料の圧力・温度に
    基づいて弁開閉信号を演算する演算部を設けたことを特
    徴とする請求項４または６記載のガスタービンプラント
    の燃料供給装置。
  8. 【請求項８】 燃料戻り系は、減圧装置および減温装置
    を介装させて燃料タンクに接続したことを特徴とする請
    求項１または５記載のガスタービンプラントの燃料供給
    装置。
  9. 【請求項９】 主加熱器および補助加熱器の少なくとも
    一方は、熱源を電気ヒータにしたことを特徴とする請求
    項２記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  10. 【請求項１０】 主加熱器および補助加熱器の少なくと
    も一方は、ガスタービンに接続するガスタービン排気系
    を設け、熱源をガスタービン排気にしたことを特徴とす
    る請求項２記載のガスタービンプラントの燃料供給装
    置。
  11. 【請求項１１】 主加熱器および補助加熱器の少なくと
    も一方は、コンバインドサイクル発電プラントの排熱回
    収ボイラに接続する蒸気系を設け、熱源を上記排熱回収
    ボイラから発生する蒸気にしたことを特徴とする請求項
    ２記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  12. 【請求項１２】 燃料戻り系の減温装置は、コンバイン
    ドサイクル発電プラントにおける蒸気タービンプラント
    の復水器でタービン排気を凝縮させた復水・給水を排熱
    回収ボイラに接続する復水・給水系を設け、減温源を上
    記復水器でタービン排気を凝縮させた復水・給水にした
    ことを特徴とする請求項８記載のガスタービンプラント
    の燃料供給装置。
  13. 【請求項１３】 燃料戻り系の減温装置は、空気圧縮機
    が大気を吸い込む空気系に設置したことを特徴とする請
    求項８記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  14. 【請求項１４】 燃料戻り系の減圧装置は、オリフィス
    であることを特徴とする請求項８記載のガスタービンプ
    ラントの燃料供給装置。
  15. 【請求項１５】 燃料戻り系は、タービンを設け、燃料
    タンクに戻る燃料を用いてタービンを駆動し、燃料の持
    つエネルギを回収させたことを特徴とする請求項１また
    は５記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  16. 【請求項１６】 パイロット燃料供給系少なくとも一つ
    以上の予混合燃料供給系のそれぞれに設けた流量調整弁
    は、バイパス小弁を並列配置したことを特徴とする請求
    項４記載のガスタービンプラントの燃料供給装置。
  17. 【請求項１７】 ガスタービン起動前、パイロット燃料
    供給系の流量調整弁を開弁させ、止め弁を閉弁させ、少
    なくとも一つ以上の予混合燃料供給系の流量調整弁を開
    弁させ、止め弁を閉弁させるとともに燃料戻り系の開閉
    弁を開弁させ、燃料タンクからの燃料を燃料供給系、パ
    イロット燃料供給系、少なくとも一つ以上の予混合燃料
    供給系、および燃料戻り系を介して再び燃料タンクに循
    環させることを特徴とするガスタービンプラントの燃料
    供給装置の暖機運転方法。
  18. 【請求項１８】 パイロット燃料供給系の燃料の循環
    は、ガスタービン燃焼器の燃料着火まで継続させ、少な
    くとも一つ以上の予混合燃料供給系の燃料の循環は、ガ
    スタービン中間負荷まで継続させることを特徴とする請
    求項１７記載のガスタービンプラントの燃料供給装置の
    暖機運転方法。
  19. 【請求項１９】 ガスタービン停止時、少なくとも一つ
    以上の予混合燃料供給系の流量調整弁およびパイロット
    燃料供給系の流量調整弁を順次閉弁させるとともに燃料
    戻り系の開閉弁を順次閉弁させ、不活性ガス供給系から
    の不活性ガスを、上記少なくとも一つ以上の予混合燃料
    供給系に接続する予混合燃料用ノズルおよび上記パイロ
    ット燃料供給系に接続するパイロット燃料用ノズルに順
    次供給して未燃料をパージさせ、各燃料用ノズルのパー
    ジ後、再び上記少なくとも一つ以上の予混合燃料供給系
    の流量調整弁を開弁させ、止め弁を閉弁させ、上記パイ
    ロット燃料供給系の流量調整弁を開弁させ、止め弁を閉
    弁させるとともに、上記燃料戻り系の開閉弁を順次開弁
    させ、燃料タンクからの燃料を燃料供給系、上記少なく
    とも一つ以上の予混合燃料供給系、上記パイロット燃料
    供給系および上記燃料戻り系を介して燃料タンクに循環
    させることを特徴とするガスタービンプラントの燃料供
    給装置の冷却運転方法。
  20. 【請求項２０】 燃料タンクからの燃料を、燃料供給
    系、少なくとも一つ以上の予混合燃料供給系、パイロッ
    ト燃料供給系および燃料戻り系を介して再び上記燃料タ
    ンクへの循環は、同時に終了させることを特徴とする請
    求項１９記載のガスタービンプラントの燃料供給装置の
    冷却運転方法。
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