JPH1130131A - Gasification compound electric power plant and method for operating it - Google Patents

Gasification compound electric power plant and method for operating it

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JPH1130131A
JPH1130131A JP18362197A JP18362197A JPH1130131A JP H1130131 A JPH1130131 A JP H1130131A JP 18362197 A JP18362197 A JP 18362197A JP 18362197 A JP18362197 A JP 18362197A JP H1130131 A JPH1130131 A JP H1130131A
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JP
Japan
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gas
fuel
nitrogen
oxygen
nozzle
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JP18362197A
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Japanese (ja)
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Hiromi Koizumi
浩美 小泉
Akinori Hayashi
林  明典
Shigeyoshi Kobayashi
成嘉 小林
Seiichi Kirikami
清一 桐上
Katsuo Wada
克夫 和田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • F01K23/068Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification in combination with an oxygen producing plant, e.g. an air separation plant
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/18Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently decrease the concentration of nitrogen oxide as well as to enable mixing and supplying of nitrogen without deteriorating efficiency of a plant. SOLUTION: A gasification compound electric power plant is provided with a gasification furnace 51 for producing combustion gas for a gas turbine, and an oxygen manufacturing device 59 for separating air from a compressor into oxygen and nitrogen and for producing oxygen for combustion of the gasification furnace, coal is gasified by taking oxygen obtained by the oxygen manufacturing device as oxidizing agent for the gasification furnace, and the gasified gas is burnt by a gas turbine combustor through a fuel nozzle and a nozzle body for supplying fuel gas to the fuel nozzle. Nitrogen obtained when air is separated by the oxygen manufacturing device 59 is injected into a gas passage formed between the fuel nozzle of the gas turbine combustor 2 and the nozzle body.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はガス化発電プラント
およびその運転方法に係わり、特にプラント内に酸素製
造装置を備え、かつこの酸素製造装置にて得られた酸素
を主成分とする酸化剤で重油あるいは石炭等をガス化
し、そのガス化されたガスをガスタービン燃焼器で燃焼
するようになしたガス化複合発電プラントに関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gasification power plant and a method of operating the same. The present invention relates to a gasification combined cycle power plant in which heavy oil, coal, or the like is gasified, and the gasified gas is burned in a gas turbine combustor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来一般に採用されているこの種のガス
化発電プラントは、例えば実開昭57−168735号
公報にも開示されているように、石炭などを酸素でガス
化し、そのガスをガスタービン燃焼器の燃料としてい
る。またこの場合、燃焼器から排出される窒素酸化物
(NOx)の排出濃度を低減させるためにプラントで得
られる窒素を燃焼器に供給するようにしている。
2. Description of the Related Art A gasification and power generation plant of this type, which is conventionally generally used, is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. Sho 57-168735. It is used as fuel for turbine combustors. Further, in this case, nitrogen obtained in the plant is supplied to the combustor in order to reduce the emission concentration of nitrogen oxides (NOx) discharged from the combustor.

【0003】一方、この種のプラントに採用される燃料
ノズルの構造に関しては、例えば特開平5−86902
号公報に記載されているように、ガスタービンの起動・
昇速からガス燃焼への運転モードが切替わる前までの他
種燃料を燃焼する際の、燃焼ガス流がガス噴孔を介して
他の燃焼器に逆流することを防止するようにした構成の
ノズルが知られている。
On the other hand, with respect to the structure of a fuel nozzle used in this type of plant, see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-86902.
As described in Japanese Patent Publication No.
A configuration in which the combustion gas flow is prevented from flowing back to another combustor through the gas injection holes when burning other types of fuel until before the operation mode is switched from acceleration to gas combustion. Nozzles are known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この種のガス化複合発
電プラントにおいては、重油あるいは石炭等の燃料をガ
ス化炉においてガス化する際、ガス化炉に供給される酸
化剤の濃度によって、ガス化されるガスの性状,すなわ
ちガスタービンに供給されるガスの組成や発熱量が大き
く変化する。
In this type of gasification combined cycle power plant, when a fuel such as heavy oil or coal is gasified in a gasification furnace, the gas concentration depends on the concentration of an oxidizing agent supplied to the gasification furnace. The properties of the gas to be converted, that is, the composition and heat value of the gas supplied to the gas turbine vary greatly.

【0005】ガス化炉において石炭などの燃料を酸素で
ガス化した場合、空気酸化方式でガス化したときに比べ
て発生ガス量が少ない分、炉の形状を小型化することが
可能になり、かつチャー(灰粒子+未燃カーボン)のリ
サイクル量が少なくてすむなどの効果が期待できる。
When gas such as coal is gasified with oxygen in a gasification furnace, the amount of generated gas is smaller than when gasification is performed by an air oxidation method, so that the furnace can be downsized. In addition, it is possible to expect the effect that the amount of recycling of the char (ash particles + unburned carbon) is small.

【0006】一方、酸素酸化によるガス化ガスの発熱量
は、空気酸化方式で得られるガスの約2.5倍,天然ガ
スの約3分の1程度である。しかしながら、そのガスを
ガスタービン燃焼器で燃焼した場合、燃料と空気の理想
混合比,すなわち量論混合比における最大火炎温度は、
天然ガスのそれよりも約200℃も高くなる。したがっ
て純粋に燃料と空気を別流路から各々供給して燃焼する
拡散燃焼では、量論混合比の火炎温度の上昇に比例して
ガスタービン燃焼器より排出される窒素酸化物の濃度が
高くなり、延いては環境問題にまで発展する。
On the other hand, the calorific value of the gasified gas by oxygen oxidation is about 2.5 times that of the gas obtained by the air oxidation method and about one third of that of natural gas. However, when the gas is burned in a gas turbine combustor, the ideal flame ratio of fuel and air, that is, the maximum flame temperature at the stoichiometric mixture ratio is:
About 200 ° C. higher than that of natural gas. Therefore, in diffusion combustion in which fuel and air are purely supplied from separate flow paths and burned, the concentration of nitrogen oxides discharged from the gas turbine combustor increases in proportion to the increase in the stoichiometric mixture flame temperature. And eventually to environmental issues.

【0007】一方、燃料と空気を予め混合して均一な温
度で燃焼する予混合燃焼方式は、燃焼器から排出される
窒素酸化物の排出濃度を低減できる有力な燃焼方式では
あるが、中カロリーガスの燃焼速度(火炎の伝幡速度)
が天然ガスに比べて数倍も速く、このようなガスの性質
上、予混合燃焼による低NOx化はかなり難しく、酸素
製造装置によって得られる窒素(ガスタービンの抽気空
気、あるいはガス化炉の原料用空気圧縮機から送られる
空気が原料)を、火炎温度希釈用の媒体として利用した
低NOx燃焼方式が有効な手段と考えられる。
On the other hand, the premixed combustion system in which fuel and air are preliminarily mixed and burned at a uniform temperature is a powerful combustion system capable of reducing the emission concentration of nitrogen oxides discharged from the combustor. Gas burning speed (flame propagation speed)
Is several times faster than natural gas, and because of the nature of such a gas, it is very difficult to reduce NOx by premixed combustion, and it is difficult to obtain nitrogen (extracted air from a gas turbine, It is considered that a low NOx combustion method using air sent from an air compressor as a medium for flame temperature dilution is an effective means.

【0008】前記窒素を利用した低NOx燃焼方式とし
ては、1)ガスタービン燃焼器の燃焼空気中に窒素を噴
射混合する方法。2)燃焼器内の火炎に窒素を噴射混合
する方法。3)燃料中に窒素を噴射混合し燃料発熱量を
低下させる方法などが考えられる。
The low NOx combustion method using nitrogen is as follows: 1) A method of injecting and mixing nitrogen into combustion air of a gas turbine combustor. 2) A method of injecting and mixing nitrogen into the flame in the combustor. 3) A method of injecting and mixing nitrogen into the fuel to reduce the calorific value of the fuel can be considered.

【0009】いずれの方式も量論混合比の最大火炎温度
(局所的な火炎温度)を低下させることによってガスタ
ービン燃焼器から排出される窒素酸化物の濃度を低減す
ることに主眼をおいたものであるが、前記1),2)の
方式においては燃焼の過程において瞬時に窒素を混合さ
せなければ低NOxの効果は希薄となりやすい。
[0009] Each of the methods focuses on reducing the concentration of nitrogen oxides discharged from the gas turbine combustor by reducing the maximum flame temperature (local flame temperature) of the stoichiometric mixture ratio. However, in the methods 1) and 2), the effect of low NOx tends to be dilute unless nitrogen is mixed instantaneously in the course of combustion.

【0010】このようなことから、燃料中に窒素を混合
させて燃料の発熱量を低下させる方式が、量論混合比に
おける火炎温度が上記三つの案のなかで最も低くなるた
め、低NOx燃焼方法としてはかなりの効果が期待でき
る。しかしながら、ガス化炉から供給されるガスの圧力
が、ガスタービンの圧縮機吐出空気圧よりも2倍以上も
高いため、燃料中に窒素を混合するには、かなりの圧力
まで昇圧しなければならず、その分プラントの効率が低
下する嫌いがある。
In view of the above, the method of mixing the fuel with nitrogen to reduce the calorific value of the fuel is the method in which the flame temperature at the stoichiometric mixture ratio becomes the lowest among the above three options, and thus the low NOx combustion A considerable effect can be expected as a method. However, since the pressure of the gas supplied from the gasifier is more than twice as high as the compressor discharge air pressure of the gas turbine, the pressure must be increased to a considerable pressure in order to mix nitrogen into the fuel. However, there is a tendency to reduce the efficiency of the plant.

【0011】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、プラントの効率を損なうことな
く、窒素を混合供給することが可能であり、かつ窒素酸
化物の濃度を充分低減することが可能なこの種のガス化
発電プラントおよびその運転方法を提供するにある。
The present invention has been made in view of the foregoing, and it is an object of the present invention to be able to mix and supply nitrogen without impairing the efficiency of a plant and to sufficiently reduce the concentration of nitrogen oxides. It is an object of the present invention to provide a gasification power plant of this kind and a method of operating the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ガス
タ−ビン用燃料ガスを生成するガス化炉と、圧縮機から
の空気を酸素と窒素とに分離し、前記ガス化炉の燃焼用
酸素を生成する酸素製造装置とを備え、前記酸素製造装
置にて得られた酸素を前記ガス化炉の酸化剤として重油
若しくは石炭などをガス化し、そのガス化されたガス
を、燃料ノズルおよびこの燃料ノズルに燃料ガスを供給
するノズルボディーを介してガスタービン燃焼器で燃焼
するようになしたガス化複合発電プラントにおいて、前
記酸素製造装置にて空気を分離した際に得られた窒素
を、前記ガスタービン燃焼器の燃料ノズルとノズルボデ
ィーとの間に形成されるガス流路内に噴射するように形
成し所期の目的を達成するようにしたものである。
That is, the present invention provides a gasification furnace for producing a fuel gas for a gas turbine, and a method for separating air from a compressor into oxygen and nitrogen to produce oxygen for combustion in the gasification furnace. An oxygen producing apparatus for producing heavy oil or coal as an oxidizing agent for the gasification furnace using the oxygen obtained by the oxygen producing apparatus, and gasifying the gas into a fuel nozzle and a fuel nozzle. In a gasification combined cycle power plant configured to burn in a gas turbine combustor through a nozzle body that supplies fuel gas to a nozzle, nitrogen obtained when air is separated by the oxygen production apparatus is used as the gas. This is formed so as to be injected into a gas flow path formed between a fuel nozzle and a nozzle body of a turbine combustor, thereby achieving an intended purpose.

【0013】またこの場合、前記燃料ノズルを、燃料ノ
ズルの軸中心部にガス化ガス以外の他種燃料燃焼用の燃
料ノズルを具備し、かつその外周側の同心円上にガス噴
孔が複数個配置されるとともに、このガス噴孔の外周側
に同心円上にガス噴孔と空気噴孔とがそれぞれ交互に配
置され、かつ前記燃料ノズルと前記ノズルボディーとの
ガス通路に、前記窒素噴孔あるいは窒素噴射ノズルを配
置するように形成したものである。
In this case, the fuel nozzle is provided with a fuel nozzle for burning a fuel other than gasified gas at the axial center of the fuel nozzle, and a plurality of gas injection holes are formed on a concentric circle on the outer peripheral side thereof. The gas injection holes and the air injection holes are arranged alternately and concentrically on the outer peripheral side of the gas injection holes, and the nitrogen injection holes or the gas injection holes are provided in the gas passage between the fuel nozzle and the nozzle body. It is formed so as to arrange a nitrogen injection nozzle.

【0014】また前記燃料ノズルを、そのガススロート
部に絞り部を備え、かつその絞り部に噴孔を環状に複数
個有するとともに、ガス化ガス以外の他種燃料を燃焼す
る際に供給する空気ラインとガス焚時に供給する窒素ラ
インとがこの噴孔に通じるように設けられ、この噴孔を
介してガススロート部に供給する流体を、使用する燃料
によって切り替えるように形成したものである。
The fuel nozzle has a throttle portion in a gas throat portion thereof, has a plurality of annular injection holes in the throttle portion, and supplies air when burning other fuels other than gasified gas. A line and a nitrogen line supplied at the time of gas firing are provided so as to communicate with the injection holes, and a fluid supplied to the gas throat portion via the injection holes is switched so as to be switched according to the fuel used.

【0015】また、ガスタ−ビン用燃料ガスを生成する
ガス化炉と、圧縮機からの空気を酸素と窒素とに分離
し、前記ガス化炉の燃焼用酸素を生成する酸素製造装置
とを備え、前記酸素製造装置にて得られた酸素を前記ガ
ス化炉の酸化剤として重油若しくは石炭などをガス化
し、そのガス化されたガスを、燃料ノズルおよびこの燃
料ノズルに燃料ガスを供給するノズルボディーを介して
ガスタービン燃焼器へ供給し、燃焼するガス化複合発電
プラントであって、前記ガスタービンの起動に際し、ガ
スタービンの着火・起動用燃料にガス化ガス以外の他種
燃料を用い、その燃料の噴霧空気として使用するアトマ
イズ空気圧縮機を兼ね備え、かつその吐出空気の一部を
ガスタービンの着火前に燃料ノズルのガス通路に供給
し、かつガス化ガスがガスタービンに供給可能な状態に
なった後、その他種燃料からガス化ガスへ燃焼状態の切
替えが行われるガス化複合発電プラントの運転方法にお
いて、前記ガス化ガスがガスタービンに供給可能な状態
になり他種燃料からガス化ガスへの燃焼状態の切替える
際、その切替えに応じて、前記酸素製造装置から得られ
る窒素を、前記ノズルボディーと前記燃料ノズルとの間
のガス通路に供給して前記ガス化炉から供給されるガス
と混合させつつ燃焼させるようにしたものである。
Further, there is provided a gasification furnace for generating fuel gas for a gas turbine, and an oxygen production apparatus for separating air from the compressor into oxygen and nitrogen to generate combustion oxygen for the gasification furnace. A gasification of heavy oil or coal using oxygen obtained by the oxygen production apparatus as an oxidizing agent for the gasification furnace, and a gas nozzle for supplying the gasified gas to a fuel nozzle and a fuel gas to the fuel nozzle A gasification combined cycle power plant that supplies and burns to a gas turbine combustor through a gas turbine, and uses a fuel other than gasified gas as an ignition / startup fuel for the gas turbine when starting the gas turbine. It also has an atomizing air compressor that is used as fuel spray air, and supplies a part of the discharged air to the gas passage of the fuel nozzle before the gas turbine is ignited, and the gasified gas is discharged. In the operating method of the combined gasification combined cycle plant in which the combustion state is switched from other fuels to gasified gas after the state in which the gasified gas can be supplied to the turbine, the gasified gas is in a state in which the gasified gas can be supplied to the gas turbine. When switching the combustion state from another fuel to a gasified gas, in response to the switching, nitrogen obtained from the oxygen producing apparatus is supplied to a gas passage between the nozzle body and the fuel nozzle to supply the gas. The fuel is burned while being mixed with the gas supplied from the gasification furnace.

【0016】またこの場合、前記ガスタービンの着火・
起動として用いられる燃料が、ガス化炉から供給される
中カロリーガスの場合、前記燃料ノズルと前記ノズルボ
ディーとのガス通路に供給する窒素量を、窒素供給ライ
ンの上流側に設けた制御弁によって、ガスタービンの着
火特性に合わせて制御するようにしたものである。
In this case, the ignition of the gas turbine
When the fuel used as a start-up is medium calorie gas supplied from a gasifier, the amount of nitrogen supplied to the gas passage between the fuel nozzle and the nozzle body is controlled by a control valve provided on the upstream side of a nitrogen supply line. The control is performed in accordance with the ignition characteristics of the gas turbine.

【0017】すなわちこのように形成されたガス化発電
プラントであると、酸素分離装置より得られた窒素を、
燃料ノズルとノズルボディーの間のガス通路において供
給するために、前記窒素の供給圧力をガス化炉の吐出圧
力よりも高めることなく供給が可能となり、プラントの
効率を損なうことなく燃料の発熱量を低下させることが
できるのである。
That is, in the gasification power plant thus formed, nitrogen obtained from the oxygen separator is
In order to supply the gas in the gas passage between the fuel nozzle and the nozzle body, it is possible to supply the nitrogen without increasing the supply pressure of the nitrogen above the discharge pressure of the gasifier, and to reduce the calorific value of the fuel without impairing the efficiency of the plant. It can be reduced.

【0018】すなわち、ガス化炉から供給される重質油
あるいは石炭ガス化ガスは、ガス化炉の下流に配置され
るガス中の不純物を除去するためのガス精製装置(圧力
P1)を通過したのち、ガスタービン燃焼器の燃料流量
を制御する圧力制御弁(P2)および燃料流量調節弁
(P3)を、さらには燃料ノズルボディー(P4)およ
び燃料ノズルのガス噴孔を経て燃焼室内(P5)に供給
されることになる。この場合、各部の圧力はP1>P2
>P3>P4>P5の関係であり、また、窒素の供給圧
力(PN2)とそれらの圧力を比較するとPN2>P
4,P5、PN2<P1,P2,P3の関係となる。し
たがって窒素の供給位置を、ガス圧力の高いガス化炉出
口部で混合するのではなく、ガスタービンの燃料制御と
なる圧力制御弁および流量調節弁の下流で、しかもノズ
ルボディーと燃料ノズルの旋回流路入口の間で噴射する
ことにより、窒素の供給圧力をガス化炉の吐出圧力より
も高めることなく供給が可能となるのである。
That is, the heavy oil or coal gasification gas supplied from the gasification furnace has passed through a gas purification device (pressure P1) disposed downstream of the gasification furnace for removing impurities in the gas. Thereafter, a pressure control valve (P2) and a fuel flow control valve (P3) for controlling the fuel flow rate of the gas turbine combustor, and further, a fuel chamber (P5) through a fuel nozzle body (P4) and a gas injection hole of the fuel nozzle. Will be supplied. In this case, the pressure of each part is P1> P2
>P3>P4> P5, and when the nitrogen supply pressure (PN2) is compared with those pressures, PN2> P
4, P5, PN2 <P1, P2, P3. Therefore, the nitrogen supply position is not mixed at the outlet of the gasification furnace where the gas pressure is high, but downstream of the pressure control valve and the flow rate control valve for controlling the fuel of the gas turbine, and furthermore, the swirling flow of the nozzle body and the fuel nozzle. By injecting between the road entrances, it becomes possible to supply nitrogen without increasing the supply pressure of nitrogen above the discharge pressure of the gasifier.

【0019】先にも述べたように、燃料ノズル内のガス
化ガスの圧力は、旋回流路をある流速で噴出できる圧力
であればよく、その圧力は、燃焼室内の圧力よりわずか
高い程度である。したがって、燃料ノズルとノズルボデ
ィーとの間のガス通路に窒素が供給されるので、酸素分
離装置の下流側に設けられる窒素昇圧用圧縮機の消費動
力を小さくすることが可能となる。このことはプラント
全体のシステム効率に大きく影響を及ぼす。
As described above, the pressure of the gasified gas in the fuel nozzle may be any pressure at which the gasified gas can be ejected from the swirl flow path at a certain flow rate, and the pressure is slightly higher than the pressure in the combustion chamber. is there. Therefore, since nitrogen is supplied to the gas passage between the fuel nozzle and the nozzle body, the power consumption of the nitrogen pressurizing compressor provided downstream of the oxygen separator can be reduced. This greatly affects the system efficiency of the entire plant.

【0020】また、窒素を燃料中に混合した場合、燃料
と空気を各々別流路から供給する拡散燃焼方式において
は、窒素を火炎中に混合する場合よりも局所的な火炎温
度は低くなる。火炎中に窒素を混合し希釈した場合、混
合度合いの性能によって、火炎温度に分布が生じやす
い。したがって、燃料中のガス発熱量を低下させたガス
を供給した方が、燃焼器から排出される窒素酸化物の濃
度は低減できると考えられ、本発明においてはプラント
効率を損なうことなく、低NOx燃焼が可能となるので
ある。
Further, when nitrogen is mixed in the fuel, the local flame temperature is lower in the diffusion combustion system in which the fuel and air are supplied from separate flow paths than in the case where nitrogen is mixed in the flame. When nitrogen is mixed and diluted in a flame, the flame temperature tends to be distributed depending on the performance of the degree of mixing. Therefore, it is considered that the concentration of nitrogen oxides discharged from the combustor can be reduced by supplying a gas in which the calorific value of the gas in the fuel is reduced, and in the present invention, low NO x Combustion is possible.

【0021】また本発明のプラント運転方法によれば、
燃焼器とガス流路との差圧が低くなる軽油等の他種燃料
燃焼時に、パージ空気を供給するため、燃焼ガスがガス
流路を介して他缶へ流れ込むことを防ぐことが可能とな
る。また、ガス化炉からガスタービンへガス化ガスが供
給可能になった場合、ノズルボディーと燃料ノズルとの
間のガス通路に窒素を供給することによって燃料の発熱
量を低下することができ、燃料切替え時から低NOx燃
焼が可能となる。
According to the plant operating method of the present invention,
During combustion of other fuels such as light oil in which the differential pressure between the combustor and the gas passage is reduced, purge air is supplied, so that it is possible to prevent combustion gas from flowing into other cans via the gas passage. . Further, when gasification gas can be supplied from the gasification furnace to the gas turbine, calorific value of fuel can be reduced by supplying nitrogen to the gas passage between the nozzle body and the fuel nozzle, Low NOx combustion becomes possible from the time of switching.

【0022】また、ガスタービンの着火・起動として用
いられる燃料がガス化炉から供給される中カロリーガス
の場合、ガス化炉から供給されるガス組成(石炭の炭種
によって組成が変化する)によって、窒素供給ラインに
設けてある制御弁によって、窒素噴孔あるいは窒素噴射
ノズルを介してガス中に混合する窒素の流量を可変でき
るため、燃焼器のガス直接着火の際のガス噴出流速を変
化でき、燃料ノズル前面に形成される循環流を確保でき
る。
In the case where the fuel used for igniting / starting the gas turbine is medium calorie gas supplied from the gasifier, the fuel composition depends on the gas composition supplied from the gasifier (the composition changes depending on the coal type of coal). Since the flow rate of nitrogen mixed into the gas through the nitrogen injection hole or nitrogen injection nozzle can be changed by the control valve provided in the nitrogen supply line, the gas injection flow rate during direct gas ignition of the combustor can be changed. Thus, a circulating flow formed on the front surface of the fuel nozzle can be secured.

【0023】本発明の場合、ガスの噴出流速は、供給さ
れる中カロリーガスと混入する窒素流量の全流量で設計
するため、中カロリーガスのみで着火する場合、燃料ノ
ズルのガス噴孔からの噴出流速(発熱量に逆比例する)
は極端に遅くなり、燃料が点火栓近傍まで到達しない可
能性があること、また燃料ノズル前面に循環流が形成さ
れにくくなるなどの問題点も考えられ、そこで着火時に
は、着火可能な発熱量範囲内に設定しつつ、かつガスの
噴出流速をある程度稼ぐ程度の窒素を燃料中に混入する
のである。
In the case of the present invention, the gas jet velocity is designed to be the total flow rate of the supplied medium calorie gas and the mixed nitrogen flow rate. Spout velocity (inversely proportional to calorific value)
Is extremely slow, and it is possible that the fuel may not reach the vicinity of the spark plug, and it is also difficult to form a circulating flow in front of the fuel nozzle. Nitrogen is introduced into the fuel while setting it within the range and at the same time as the gas jetting velocity is increased to some extent.

【0024】また、ガスタービンの着火・起動用燃料に
ガス化ガス以外の軽油等の燃料を用いる場合、ガスター
ビンの着火前にアトマイズ圧縮機の吐出空気の一部を、
ガススロート部の窒素噴孔あるいは窒素噴射ノズルより
噴出させておき、軽油からガス燃焼への燃料切替えを開
始する際には、燃料ノズル内においてガス化炉から供給
されるガスと予め窒素噴孔から供給する空気で予混合気
を形成しないよう、ガス流量の増加,すなわちガス燃焼
比率の増加(軽油燃料の減少)に伴って、供給する窒素
量も増加させ、燃料中に混入させる酸素濃度を低下させ
る。
When a fuel such as gas oil other than gasified gas is used as the fuel for starting and igniting the gas turbine, a part of the discharge air of the atomizing compressor is used before the gas turbine is ignited.
Inject gas from the nitrogen injection hole or nitrogen injection nozzle in the gas throat section, and when starting the fuel switch from light oil to gas combustion, use the gas supplied from the gasifier inside the fuel nozzle and the nitrogen injection hole in advance. In order to prevent the formation of premixed air with the supplied air, the amount of nitrogen to be supplied is increased as the gas flow rate is increased, that is, the gas combustion ratio is increased (light oil fuel is decreased), and the concentration of oxygen mixed into the fuel is reduced. Let it.

【0025】先にも述べたが、中カロリーガスの燃焼速
度(火炎の伝幡速度)は天然ガスのそれよりも約3倍も
速いために、ガススロート内において、アトマイズ空気
を供給しているガス流路に中カロリーガスを供給した場
合、軽油燃焼ガスを火種として、火炎(中カロリーガス
の予混合気)が上流側に伝幡していく可能性がある。
As described above, since the burning speed of medium calorie gas (flame propagation speed) is about three times faster than that of natural gas, atomized air is supplied in the gas throat. When the medium calorie gas is supplied to the gas flow path, there is a possibility that the flame (premixed gas of the medium calorie gas) propagates to the upstream side using the light oil combustion gas as a fire.

【0026】以上のような運転方法を採用することによ
って、軽油からガスへの燃焼状態切り替え初期に懸念さ
れるアトマイズ空気(パージ空気)とガスとの混合気が
ノズル流路内に火炎伝播することを防ぐことが可能とな
るのである。
By employing the above-described operation method, the mixture of the atomized air (purge air) and the gas, which is concerned at the initial stage of switching the combustion state from light oil to gas, propagates the flame into the nozzle flow path. Can be prevented.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。ガスタービン燃焼器や燃料ノズ
ルなどの具体的構造を説明する前に、まず、ガス化発電
プラントおよびその運用について説明する。図1は、重
油あるいは石炭などの燃料を酸素酸化によってガス化
し、そのガスを燃焼し、タービン,発電機を介して発電
する重質油ガス化あるいは石炭ガス化複合発電プラント
の系統図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. Before describing specific structures such as a gas turbine combustor and a fuel nozzle, a gasification power plant and its operation will be described first. FIG. 1 is a system diagram of a heavy oil gasification or coal gasification combined cycle power plant that gasifies a fuel such as heavy oil or coal by oxygen oxidation, burns the gas, and generates power via a turbine and a generator.

【0028】ここでは、以下、石炭ガス化複合発電プラ
ントと仮定し、ガスタービンの起動用燃料に軽油を用い
たと仮定して説明する。本プラントは、主として次の装
置より構成される。すなわち、ガス化炉51、ガス精製
(脱硫装置52,脱塵装置53)、ガスタービン(圧縮
機1,燃焼器2,タービン3)、酸素製造装置59、排
熱回収ボイラー58、蒸気タービン57などで構成され
る。このプラントの特徴は、ガス化炉51に必要な酸化
剤104がガスタービン(圧縮機1,燃焼器2,タービ
ン3)より抽気されるサイクル構成となっていることで
ある。
Here, the description will be made on the assumption that a coal gasification combined cycle power plant is used and that light oil is used as a fuel for starting the gas turbine. This plant mainly consists of the following equipment. That is, gasification furnace 51, gas purification (desulfurization device 52, dust removal device 53), gas turbine (compressor 1, combustor 2, turbine 3), oxygen production device 59, exhaust heat recovery boiler 58, steam turbine 57, etc. It consists of. The feature of this plant is that the oxidizing agent 104 required for the gasification furnace 51 has a cycle configuration in which it is extracted from a gas turbine (compressor 1, combustor 2, and turbine 3).

【0029】外部動力などによって駆動されたガスター
ビンは、軽油タンク64より送られる軽油105を燃料
として、燃焼器2内にて着火され、始動昇速する。そし
て所定の速度に昇速した後、自立運転に入り、ガスター
ビンの無負荷定格回転数に達した後、発電機56を併入
することで徐々に負荷をとりはじめる。
The gas turbine driven by external power or the like is ignited in the combustor 2 using light oil 105 sent from the light oil tank 64 as fuel, and is started and accelerated. Then, after the speed is increased to a predetermined speed, a self-sustaining operation is started, and after reaching the no-load rated rotation speed of the gas turbine, the load is gradually started by incorporating the generator 56.

【0030】一方、ガス化炉51に必要な酸化剤は、酸
素製造装置59より供給されるわけであるが、その過程
は次のようになる。すなわち、バックアップ用圧縮機6
0か、あるいはガスタービンより抽気される抽気空気1
04が酸素製造装置59に供給され、この酸素製造装置
59にて、酸素61と窒素62に分離される。分離され
た酸素61がガス化炉51へ供給され、窒素62はガス
タービン燃焼器2へ供給される。
On the other hand, the oxidizing agent required for the gasification furnace 51 is supplied from the oxygen producing device 59, and the process is as follows. That is, the backup compressor 6
0 or bleed air 1 bleed from the gas turbine
04 is supplied to an oxygen production device 59, where it is separated into oxygen 61 and nitrogen 62. The separated oxygen 61 is supplied to the gasification furnace 51, and the nitrogen 62 is supplied to the gas turbine combustor 2.

【0031】ガス化炉51では、酸素61の供給により
燃料100を燃焼し、ガス化炉負荷の上昇に伴って、ガ
ス化ガス101が供給可能となる。ガス化炉51の起動
直後は、生成されるガス101の温度および発熱量が極
めて低いため、負荷が上昇(発熱量の上昇)するまで
は、ガス化ガス101をガス処理炉54にて処理する。
したがって、ガス化炉51の負荷が上昇するまでは、ガ
スタービン燃焼器2では軽油を主燃料として燃焼してい
る。
In the gasification furnace 51, the fuel 100 is burned by the supply of oxygen 61, and the gasification gas 101 can be supplied as the gasification furnace load increases. Immediately after the activation of the gasification furnace 51, the temperature and the calorific value of the generated gas 101 are extremely low. Therefore, the gasified gas 101 is processed in the gas processing furnace 54 until the load increases (the calorific value increases). .
Therefore, until the load on the gasification furnace 51 increases, the gas turbine combustor 2 burns light oil as the main fuel.

【0032】一方、蒸気タービン57は、ガスタービン
より得られる排熱を利用して生成される蒸気103によ
って駆動され、このタービン57の回転エネルギーによ
り発電機56を駆動する。その後ガス化炉51の負荷が
上昇し、燃焼器2に所定のガス101が供給可能となっ
てから、燃焼器2においては油燃焼から石炭ガス燃焼へ
の燃料切替え操作が行われ、ガス焚き運転に切り替わ
る。ガス焚きへの燃料切替え操作が完了した後、ガス1
01の流量を増加させることによってガスタービン出力
も増加する。
On the other hand, the steam turbine 57 is driven by steam 103 generated by using exhaust heat obtained from the gas turbine, and the generator 56 is driven by the rotational energy of the turbine 57. Thereafter, the load on the gasification furnace 51 increases, and the predetermined gas 101 can be supplied to the combustor 2. Then, in the combustor 2, a fuel switching operation from oil combustion to coal gas combustion is performed, and the gas burning operation is performed. Switch to After the fuel switching operation to gas firing is completed,
Increasing the flow rate of 01 also increases the gas turbine output.

【0033】次に、ガスタービン燃焼器および燃料ノズ
ルの構造について図2に基づき説明する。この図は、燃
焼器頭部(燃料噴射側)を部分拡大したもので、この燃
焼器2は、圧力容器である燃焼器外筒206、燃焼室で
あるライナー208、ライナー208を冷却するための
フロースリーブ207、火炎を保持するための燃料ノズ
ルなどで構成されている。
Next, the structures of the gas turbine combustor and the fuel nozzle will be described with reference to FIG. This figure is a partially enlarged view of the combustor head (fuel injection side). This combustor 2 cools a combustor outer cylinder 206 as a pressure vessel, a liner 208 as a combustion chamber, and a liner 208. It comprises a flow sleeve 207, a fuel nozzle for holding a flame, and the like.

【0034】燃料ノズルは、燃焼器の軸心部(径方向中
心位置で、かつ燃焼器頭部)に配置され、それらは、ガ
スタービンの着火からガス専焼までの間を運用する油ノ
ズル123、ガス燃焼を行なうためのガス噴孔124、
燃焼空気106を供給するための空気噴孔(スワラー)
125などで構成される。
The fuel nozzles are arranged at the axial center of the combustor (at the center in the radial direction and at the head of the combustor). Gas injection holes 124 for performing gas combustion,
Air injection holes (swirler) for supplying combustion air 106
125.

【0035】圧縮機より送られてきた空気106は、燃
焼室であるライナー208内に設けてある燃焼空気孔よ
り、流れを示す矢印106A,106Bのようにライナ
ー内に供給される。なお、スワラー空気106Cは、ラ
イナー内に燃焼空気が分岐されたあとの残りの空気であ
る。
The air 106 sent from the compressor is supplied from the combustion air holes provided in the liner 208, which is a combustion chamber, into the liner as indicated by arrows 106A and 106B indicating the flow. The swirler air 106C is the remaining air after the combustion air is branched into the liner.

【0036】次に燃料ノズルの構造を図3および図4に
基づき説明する。この図は、ガススロート部に空気供給
ラインと窒素供給ラインを共用する噴孔を設けたときの
一例である。燃料ノズルは、ガス101および軽油10
5などの燃料を供給するノズルボディーに固定され、上
述のようにノズルの軸芯部に軽油などの他種燃料燃焼用
のノズル123を備え、その外周側に同心円上にガス噴
孔124および空気噴孔125をそれぞれ備えている。
Next, the structure of the fuel nozzle will be described with reference to FIGS. This figure shows an example in which a gas throat portion is provided with an injection hole that shares an air supply line and a nitrogen supply line. The fuel nozzle comprises gas 101 and light oil 10
5 is provided with a nozzle 123 for burning other fuels such as light oil at the axis of the nozzle as described above, and a gas injection hole 124 and an air Each has an injection hole 125.

【0037】燃料ノズル内のガス流路となるガススロー
ト120には、燃焼室とガス流路との圧力差をつけるた
めの絞り121が設けられ、絞り121に窒素噴孔12
2が配置されている。軽油105は、軽油ノズル123
より、また軽油噴霧用空気110は、別置型のアトマイ
ズ圧縮機より供給され、それらは、燃料ノズルを介し
て、スワラーより供給される空気と混合しながら、燃焼
室内で燃焼する。
A gas throat 120 serving as a gas flow path in the fuel nozzle is provided with a throttle 121 for providing a pressure difference between the combustion chamber and the gas flow path.
2 are arranged. The light oil 105 is a light oil nozzle 123
Further, the light oil atomizing air 110 is supplied from a separate atomizing compressor, which burns in a combustion chamber through a fuel nozzle while mixing with air supplied from a swirler.

【0038】その際、生成された燃焼ガスが、軽油燃焼
時のみ燃焼器間の差圧の小さいガス噴孔124を逆流し
て他の燃焼缶へ流出するのを防止するために、噴霧用空
気110の一部を噴孔122より噴射する。窒素用噴孔
122より噴出させる空気110は、他缶への逆流を防
ぐのと同時に、軽油ノズル123から噴出される軽油燃
焼用の空気としても役だっている。
At this time, in order to prevent the generated combustion gas from flowing backward through the gas injection holes 124 having a small differential pressure between the combustors and flowing out to other combustion cans only at the time of light oil combustion, atomizing air is used. A part of the nozzle 110 is injected from the injection hole 122. The air 110 jetted from the nitrogen jet holes 122 prevents backflow to other cans and also serves as light oil combustion air jetted from the light oil nozzle 123.

【0039】その後、ガス化炉負荷の上昇に伴い、ガス
タービンへガス化ガスが供給可能になった後、ノズルボ
ディー内にガス101が供給される。ガス供給に伴っ
て、ガススロートへ供給していた空気110を徐々に減
少させるとともに、燃料発熱量を低下させるための窒素
102を制御弁70によって流量を増加させ、ガス10
1と窒素噴孔122から供給される窒素102をノズル
内で混合し、軽油の火種を利用して混合されたガスを着
火させる。
Thereafter, as the gasification furnace load increases, the gasification gas can be supplied to the gas turbine, and then the gas 101 is supplied into the nozzle body. Along with the gas supply, the air 110 supplied to the gas throat is gradually decreased, and the flow rate of nitrogen 102 for reducing the calorific value of the fuel is increased by the control valve 70 to increase the gas 10.
1 and the nitrogen 102 supplied from the nitrogen injection hole 122 are mixed in the nozzle, and the mixed gas is ignited using the spark of light oil.

【0040】ガス着火が完了した後、ガスの燃焼比率
(軽油の燃焼比率を下げる)を増加させ、最終的にはガ
ス専焼で運用する。
After the ignition of the gas is completed, the combustion ratio of the gas (reducing the combustion ratio of the light oil) is increased, and the operation is finally performed by gas firing.

【0041】図5および図6には燃料ノズルの窒素噴孔
の形状が示されている。これらの図は、燃料ノズルのガ
ススロート部および窒素供給部を部分拡大したものであ
る。燃料ノズル内において、ガス化ガス中に窒素を供給
するための窒素噴孔122−aが、ガス通路内に設けて
あり、その噴孔122−aを介して窒素102をガス1
01と混合し、発熱量の低いガスを形成する。
FIGS. 5 and 6 show the shapes of the nitrogen injection holes of the fuel nozzle. In these figures, the gas throat portion and the nitrogen supply portion of the fuel nozzle are partially enlarged. In the fuel nozzle, a nitrogen injection hole 122-a for supplying nitrogen into the gasified gas is provided in the gas passage, and nitrogen 102 is supplied to the gas 1 through the injection hole 122-a.
01 to form a low calorific value gas.

【0042】また、噴孔122−aは、ガススロート1
20部で環状に複数個配置されている。このように複数
個配置することで窒素を分散させながらガス中に混入可
能となるため、ノズル流路内の短い距離内で比較的均一
にガスと窒素との混合が可能となる。
The injection hole 122-a is provided with the gas throat 1
A plurality of rings are arranged in 20 parts. By arranging a plurality of such components, it is possible to mix nitrogen into the gas while dispersing it, so that the gas and nitrogen can be mixed relatively uniformly within a short distance in the nozzle flow path.

【0043】図7および図8は、窒素噴孔122−aの
代わりに窒素噴射ノズル122−bを取り付けたときの
一例である。窒素噴射ノズル122−bも窒素噴孔12
2−aと同様の効果がある。
FIGS. 7 and 8 show an example in which a nitrogen injection nozzle 122-b is attached instead of the nitrogen injection hole 122-a. The nitrogen injection nozzle 122-b is also the nitrogen injection hole 12
There is an effect similar to 2-a.

【0044】図9および図10は、窒素噴射ノズル12
2−bをノズルボディーのガス通路に設けたときの一例
である。酸素分離装置より供給される窒素102は、ノ
ズルボディーのガス通路に環状に配置した窒素噴射ノズ
ル122−bを介してガス通路120内に供給可能な構
造となっている。
FIGS. 9 and 10 show the nitrogen injection nozzle 12.
This is an example when 2-b is provided in a gas passage of a nozzle body. The nitrogen 102 supplied from the oxygen separator has a structure that can be supplied into the gas passage 120 through a nitrogen injection nozzle 122-b arranged annularly in the gas passage of the nozzle body.

【0045】軽油をノズル123より霧状に噴射して燃
焼器内で燃焼し、ガス101が燃焼器に供給可能になっ
たのち、窒素102を噴射ノズル122より噴射し、ガ
ス101とガス通路120内で混合し発熱量の低いガス
をガス噴孔124より供給して、軽油からガス燃焼への
燃焼状態を切り替える。
Light oil is injected in the form of a mist from the nozzle 123 and burns in the combustor, and after the gas 101 can be supplied to the combustor, nitrogen 102 is injected from the injection nozzle 122 and the gas 101 and the gas passage 120 are discharged. A gas having a low calorific value is supplied from the gas injection holes 124 to switch the combustion state from light oil to gas combustion.

【0046】図11および図12は、軽油からガス燃焼
へ燃焼状態を切り替える際の軽油およびガスの流量、ま
た軽油燃焼時にガススロートに供給する空気の流量およ
びガス中に混合する窒素の流量を模式的に表わしたもの
である。
FIGS. 11 and 12 schematically show the flow rates of light oil and gas when switching the combustion state from light oil to gas combustion, the flow rate of air supplied to the gas throat and the flow rate of nitrogen mixed in the gas during light oil combustion. It is a thing expressed in a way.

【0047】ガスタービン燃焼器において軽油からガス
への燃焼状態を切り替える際には、ガスタービンの出力
すなわち燃焼器の出口ガス温度を一定条件として操作す
るのが一般的である。軽油流量を徐々に減少させるのに
あわせてガス流量を徐々に増加させ、軽油燃焼時の熱エ
ネルギーを利用してガスへの火移りを行う。最終的には
軽油の燃焼量をゼロとし、ガス専焼運転となる。
When switching the combustion state from light oil to gas in a gas turbine combustor, it is general to operate the gas turbine with the output of the gas turbine, that is, the temperature of the gas at the outlet of the combustor being constant. The gas flow rate is gradually increased at the same time as the light oil flow rate is gradually decreased, and the heat transfer to the gas is performed by using the heat energy at the time of light oil combustion. Eventually, the combustion amount of light oil is reduced to zero, and the gas is fired exclusively.

【0048】この一連の操作のなかで、軽油燃焼時に,
ガススロート部に供給していた空気流量も軽油流量の減
少にあわせて減少させる。またガス化ガスの発熱量の低
下を目的に供給する窒素流量は、空気量を減少させる動
作にあわせ、供給量を増加させる。
In this series of operations, during combustion of light oil,
The air flow rate supplied to the gas throat section is also reduced in accordance with the decrease in light oil flow rate. In addition, the flow rate of nitrogen supplied for the purpose of reducing the calorific value of the gasified gas increases the supply amount in accordance with the operation of reducing the air amount.

【0049】燃焼状態切り替え操作中に、この空気量を
一定のまま供給した場合、中カロリーガスと空気の予混
合気が形成されるためノズル内に火炎が伝播する可能性
がある。一方、燃料切り替え操作開始前から空気の供給
を停止し、窒素ガスのみをガススロートに供給した場
合、軽油単独燃焼時に不安定燃焼を誘発する可能性があ
る。したがってこのように運用することで、スムーズな
燃料切り替えが可能となる。
If the amount of air is supplied at a constant level during the combustion state switching operation, a premixed air of medium calorie gas and air is formed, and there is a possibility that a flame may propagate in the nozzle. On the other hand, if the supply of air is stopped before the start of the fuel switching operation and only nitrogen gas is supplied to the gas throat, unstable combustion may be induced at the time of light oil alone combustion. Therefore, by operating in this manner, smooth fuel switching is possible.

【0050】図13は、軽油などの起動用燃料を持たな
い場合のガスおよび窒素の流量を模式的に示したもので
ある。図示したのは、ガスタービンの着火、昇速モード
の範囲である。ガス化ガスの噴孔は、ガス化ガスと窒素
のそれぞれの流量をあわせた合計流量をもとに設計され
るため、ガスによる着火システムをとる場合、着火時の
供給ガスのガス噴孔からの噴出流速が低下する。
FIG. 13 schematically shows the flow rates of gas and nitrogen when there is no starting fuel such as light oil. What is shown is the range of the ignition and acceleration modes of the gas turbine. The gaseous gas injection holes are designed based on the total flow rate of the gaseous gas and nitrogen, so when using an ignition system with gas, the supply gas from the gas injection holes at the time of ignition is used. The jet velocity decreases.

【0051】それを回避するために、着火可能なガス成
分(発熱量)を確保しつつ、ガス噴孔からの噴出流速を
ある程度確保するために窒素を供給するように運用する
もので、ガスの着火とほぼ同時に、前述の窒素噴孔より
窒素を供給する。ガスタービンの着火が完了した後、ガ
ス化ガスの流量および窒素流量を徐々に増加させ昇速モ
ードへと入る。
In order to avoid this, it is operated to supply nitrogen in order to secure a certain flow rate of gas ejected from the gas injection holes while securing a ignitable gas component (calorific value). At about the same time as the ignition, nitrogen is supplied from the above-described nitrogen injection hole. After the ignition of the gas turbine is completed, the flow rate of the gasified gas and the flow rate of the nitrogen gas are gradually increased to enter the speed-up mode.

【0052】図14は、燃料に対する窒素供給量を変化
させたときの燃焼器から排出される窒素酸化物(NO
x)の濃度を示したものである。図中には、窒素噴孔を
利用してガス中に窒素を混合した場合と燃焼器内の火炎
中に窒素を混合した場合のNOx排出濃度を比較したも
のを示してある。窒素供給量の増加に伴って、排出され
るNOx排出濃度が低下するのがわかる。また、窒素の
供給位置(混合度合)によって、燃焼器から排出される
NOxの低減率が変化することがわかる。
FIG. 14 shows the nitrogen oxide (NO) discharged from the combustor when the amount of nitrogen supplied to the fuel is changed.
3 shows the density of x). The figure shows a comparison of the NOx emission concentration between the case where nitrogen is mixed in the gas using the nitrogen injection hole and the case where nitrogen is mixed in the flame in the combustor. It can be seen that the concentration of the discharged NOx decreases as the nitrogen supply amount increases. In addition, it can be seen that the reduction rate of NOx discharged from the combustor changes depending on the nitrogen supply position (mixing degree).

【0053】図15に、プラントにおいて窒素の供給圧
力を変化させたときの送電端効率比を示す。酸素分離装
置によって得られた窒素の吐出圧力によって、プラント
全体の効率(送電端効率)が変化するのがわかる。
FIG. 15 shows the power transmission end efficiency ratio when the nitrogen supply pressure is changed in the plant. It can be seen that the efficiency (transmission end efficiency) of the entire plant changes depending on the nitrogen discharge pressure obtained by the oxygen separator.

【0054】以上種々説明してきたように、このように
形成されたプラントであると、酸素分離装置より得られ
た窒素が、燃料ノズルとノズルボディーの間のガス通路
に供給されるため、窒素の供給圧力をガス化炉の吐出圧
力よりも高めることなく供給することが可能となり、プ
ラントの効率を損なうことなく燃料の発熱量を低下させ
ることができるのである。
As described above, in the plant formed as described above, since the nitrogen obtained from the oxygen separator is supplied to the gas passage between the fuel nozzle and the nozzle body, the nitrogen The supply pressure can be supplied without increasing the supply pressure higher than the discharge pressure of the gasification furnace, and the calorific value of the fuel can be reduced without impairing the efficiency of the plant.

【0055】また、窒素が燃料中に混合して供給される
ことから、燃料と空気を各々別流路から供給する拡散燃
焼方式においては、窒素を火炎中に混合する場合よりも
局所的な火炎温度を低くすることができ、燃焼器から排
出される窒素酸化物の濃度を効率よく低減することがで
きるのである。
Further, since nitrogen is mixed with the fuel and supplied, the diffusion combustion method in which the fuel and the air are supplied from separate flow paths respectively has a more localized flame than the case where the nitrogen is mixed into the flame. The temperature can be lowered, and the concentration of nitrogen oxides discharged from the combustor can be efficiently reduced.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、プラントの効率を損なうことなく、窒素を混合供給
することが可能で、かつ排出される窒素酸化物の濃度を
抑制することが可能なこの種のガス化発電プラントを得
ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to mix and supply nitrogen and suppress the concentration of discharged nitrogen oxides without impairing the efficiency of the plant. This type of gasification power plant can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のガス化複合発電プラントの一実施例を
示す系統図である。
FIG. 1 is a system diagram showing one embodiment of an integrated gasification combined cycle power plant of the present invention.

【図2】本発明のガス化複合発電プラントのガスタービ
ン燃焼器の一実施例を示す要部拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part showing an embodiment of the gas turbine combustor of the integrated gasification combined cycle power plant of the present invention.

【図3】本発明のガス化複合発電プラントの燃料ノズル
の一実施例を示す縦断側面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional side view showing one embodiment of a fuel nozzle of the integrated gasification combined cycle plant of the present invention.

【図4】図3の正面図である。FIG. 4 is a front view of FIG. 3;

【図5】本発明のガス化複合発電プラントの燃料ノズル
の他の実施例を示す縦断側面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional side view showing another embodiment of the fuel nozzle of the integrated gasification combined cycle plant of the present invention.

【図6】図5のA−A線に沿う断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図7】本発明のガス化複合発電プラントの燃料ノズル
の他の実施例を示す縦断側面図である。
FIG. 7 is a vertical sectional side view showing another embodiment of the fuel nozzle of the integrated gasification combined cycle plant of the present invention.

【図8】図7のB−B線に沿う断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line BB of FIG. 7;

【図9】本発明のガス化複合発電プラントの燃料ノズル
の他の実施例を示す縦断側面図である。
FIG. 9 is a vertical sectional side view showing another embodiment of the fuel nozzle of the integrated gasification combined cycle power plant of the present invention.

【図10】図9の正面図である。FIG. 10 is a front view of FIG. 9;

【図11】本発明の一実施例の燃料切替え流量制御(空
気、窒素)特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram of fuel switching flow rate control (air, nitrogen) according to one embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施例の燃料切替え流量制御(空
気、窒素)特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram of fuel switching flow rate control (air, nitrogen) according to one embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施例のガス直接着火時の流量制
御(ガス、窒素)特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram of flow rate control (gas, nitrogen) at the time of direct gas ignition according to one embodiment of the present invention.

【図14】NOxの低減効果を示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing the effect of reducing NOx.

【図15】プラント効率効果を示す特性図である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing a plant efficiency effect.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧縮機、2…燃焼器、3…タービン、51…ガス化
炉、52…脱硫装置、53…脱塵装置、56…発電機、
57…蒸気タービン、58…排熱回収ボイラー、59…
酸素製造装置、61…酸素、62…窒素、64…軽油タ
ンク、101…ガス、102…窒素、104…酸化剤、
105…軽油、120…ガススロート、122…噴射ノ
ズル、122a,122b…窒素噴射孔、123…油ノ
ズル、124…ガス噴孔、125…空気噴孔、206…
外筒、208…ライナー。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Combustor, 3 ... Turbine, 51 ... Gasifier, 52 ... Desulfurizer, 53 ... Dust remover, 56 ... Generator
57 steam turbine, 58 heat recovery boiler, 59
Oxygen producing apparatus, 61 ... oxygen, 62 ... nitrogen, 64 ... light oil tank, 101 ... gas, 102 ... nitrogen, 104 ... oxidizing agent,
Reference numeral 105: light oil, 120: gas throat, 122: injection nozzle, 122a, 122b: nitrogen injection hole, 123: oil nozzle, 124: gas injection hole, 125: air injection hole, 206:
Outer cylinder, 208 ... liner.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23R 3/28 F23R 3/28 F B (72)発明者 桐上 清一 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 和田 克夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI F23R 3/28 F23R 3/28 FB (72) Inventor Seiichi Kirikami 3-1-1 Kochicho, Hitachi-shi, Hitachi, Ibaraki Stock Hitachi, Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor, Katsuo Wada 3-1-1, Sachimachi, Hitachi, Hitachi, Ibaraki, Japan Hitachi, Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガスタ−ビン用燃料ガスを生成するガス
化炉と、圧縮機からの空気を酸素と窒素とに分離し、前
記ガス化炉の燃焼用酸素を生成する酸素製造装置とを備
え、前記酸素製造装置にて得られた酸素を前記ガス化炉
の酸化剤として重油若しくは石炭などをガス化し、その
ガス化されたガスを、燃料ノズルおよびこの燃料ノズル
に燃料ガスを供給するノズルボディーを介してガスター
ビン燃焼器で燃焼するようになしたガス化複合発電プラ
ントにおいて、 前記酸素製造装置にて空気を分離した際に得られた窒素
を、前記ガスタービン燃焼器の燃料ノズルとノズルボデ
ィーとの間に形成されるガス流路内に噴射するように形
成したことを特徴とするガス化複合発電プラント。
1. A gasifier for producing a fuel gas for a gas turbine, and an oxygen producing apparatus for separating air from a compressor into oxygen and nitrogen to produce oxygen for combustion in the gasifier. A gasification of heavy oil or coal using oxygen obtained by the oxygen production apparatus as an oxidizing agent for the gasification furnace, and a gas nozzle for supplying the gasified gas to a fuel nozzle and a fuel gas to the fuel nozzle In a combined gasification combined cycle power plant that is configured to burn in a gas turbine combustor through a gas turbine combustor, nitrogen obtained when air is separated by the oxygen production device is used as a fuel nozzle and a nozzle body of the gas turbine combustor. Characterized by being formed so as to be injected into a gas passage formed between the gasification combined cycle power plant.
【請求項2】 ガスタ−ビン用燃料ガスを生成するガス
化炉と、圧縮機からの空気を酸素と窒素とに分離し、前
記ガス化炉の燃焼用酸素を生成する酸素製造装置とを備
え、前記酸素製造装置にて得られた酸素を前記ガス化炉
の酸化剤として重油若しくは石炭などをガス化し、その
ガス化されたガスを、燃料ノズルおよびこの燃料ノズル
に燃料ガスを供給するノズルボディーを介してガスター
ビン燃焼器で燃焼するようになしたガス化複合発電プラ
ントにおいて、 前記ガスタービン燃焼器のノズルボディーと前記燃料ノ
ズルとの間のガス流路に、酸素製造装置より空気を分離
した際に得られた窒素をガス化炉から供給されるガス化
ガス中へ噴射混合する窒素噴孔あるいは窒素噴射ノズル
を複数個設けたことを特徴とするガス化複合発電プラン
ト。
2. A gasifier for producing fuel gas for a gas turbine, and an oxygen producing device for separating air from a compressor into oxygen and nitrogen to produce oxygen for combustion in the gasifier. A gasification of heavy oil or coal using oxygen obtained by the oxygen production apparatus as an oxidizing agent for the gasification furnace, and a gas nozzle for supplying the gasified gas to a fuel nozzle and a fuel gas to the fuel nozzle In a combined gasification combined cycle power plant that is configured to burn in a gas turbine combustor through a gas turbine, air is separated from an oxygen production device in a gas flow path between a nozzle body of the gas turbine combustor and the fuel nozzle. A combined gasification power plant comprising a plurality of nitrogen injection holes or nitrogen injection nozzles for injecting and mixing the nitrogen obtained at the time into gasification gas supplied from a gasification furnace.
【請求項3】 前記燃料ノズルが、燃料ノズルの軸中心
部にガス化ガス以外の他種燃料燃焼用の燃料ノズルを具
備し、かつその外周側の同心円上にガス噴孔が複数個配
置されるとともに、このガス噴孔の外周側に同心円上に
ガス噴孔と空気噴孔とがそれぞれ交互に配置され、かつ
前記燃料ノズルと前記ノズルボディーとのガス通路に、
前記窒素噴孔あるいは窒素噴射ノズルが配置されてなる
請求項2記載のガス化複合発電プラント。
3. The fuel nozzle includes a fuel nozzle for burning a fuel other than gasified gas at the axial center of the fuel nozzle, and a plurality of gas injection holes arranged on a concentric circle on an outer peripheral side thereof. In addition, gas injection holes and air injection holes are respectively arranged alternately on concentric circles on the outer peripheral side of the gas injection holes, and in a gas passage between the fuel nozzle and the nozzle body,
3. The integrated gasification combined cycle plant according to claim 2, wherein the nitrogen injection hole or the nitrogen injection nozzle is arranged.
【請求項4】 前記燃料ノズルが、そのガススロート部
に絞り部を備え、かつその絞り部に噴孔を環状に複数個
有するとともに、ガス化ガス以外の他種燃料を燃焼する
際に供給する空気ラインとガス焚時に供給する窒素ライ
ンとがこの噴孔に通じるように設けられ、この噴孔を介
してガススロート部に供給する流体を、使用する燃料に
よって切り替えるように形成されてなる請求項2記載の
ガス化複合発電プラント。
4. The fuel nozzle has a throttle portion in a gas throat portion thereof, has a plurality of annular injection holes in the throttle portion, and supplies fuel other than gasified gas when burning. An air line and a nitrogen line supplied at the time of gas firing are provided so as to communicate with the injection hole, and the fluid supplied to the gas throat portion via the injection hole is formed so as to be switched according to the fuel used. 3. The integrated gasification combined cycle plant according to 2.
【請求項5】 ガスタ−ビン用燃料ガスを生成するガス
化炉と、圧縮機からの空気を酸素と窒素とに分離し、前
記ガス化炉の燃焼用酸素を生成する酸素製造装置とを備
え、前記酸素製造装置にて得られた酸素を前記ガス化炉
の酸化剤として重油若しくは石炭などをガス化し、その
ガス化されたガスを、燃料ノズルおよびこの燃料ノズル
に燃料ガスを供給するノズルボディーを介してガスター
ビン燃焼器へ供給し、燃焼するガス化複合発電プラント
であって、前記ガスタービンの起動に際し、ガスタービ
ンの着火・起動用燃料にガス化ガス以外の他種燃料を用
い、その燃料の噴霧空気として使用するアトマイズ空気
圧縮機を兼ね備え、かつその吐出空気の一部をガスター
ビンの着火前に燃料ノズルのガス通路に供給し、かつガ
ス化ガスがガスタービンに供給可能な状態になった後、
その他種燃料からガス化ガスへ燃焼状態の切替えが行わ
れるガス化複合発電プラントの運転方法において、 前記ガス化ガスがガスタービンに供給可能な状態になり
他種燃料からガス化ガスへ燃焼状態を切替える際、その
切替えに応じて、前記酸素製造装置から得られる窒素
を、前記ノズルボディーと前記燃料ノズルとの間のガス
通路に供給して前記ガス化炉から供給されるガスと混合
させつつ燃焼させるように運用することを特徴とするガ
ス化複合発電プラントの運転方法。
5. A gasifier for generating fuel gas for a gas turbine, and an oxygen producing device for separating air from a compressor into oxygen and nitrogen to generate combustion oxygen for the gasifier. A gasification of heavy oil or coal using oxygen obtained by the oxygen production apparatus as an oxidizing agent for the gasification furnace, and a gas nozzle for supplying the gasified gas to a fuel nozzle and a fuel gas to the fuel nozzle A gasification combined cycle power plant that supplies and burns to a gas turbine combustor via a gas turbine, and uses a fuel other than gasified gas as an ignition / startup fuel for the gas turbine when starting the gas turbine. Combined with an atomizing air compressor that is used as fuel spray air, a part of the discharged air is supplied to the gas passage of the fuel nozzle before the gas turbine is ignited, and the gasified gas is supplied to the gas turbine. After the bottle can be supplied,
In the operation method of a gasification combined cycle power plant in which a combustion state is switched from another kind of fuel to a gasified gas, the gasified gas becomes a state capable of being supplied to a gas turbine, and the combustion state is changed from another kind of fuel to a gasified gas. At the time of switching, in response to the switching, nitrogen obtained from the oxygen producing apparatus is supplied to a gas passage between the nozzle body and the fuel nozzle to be mixed with gas supplied from the gasification furnace and burned. A method for operating an integrated gasification combined cycle plant, wherein the method is operated so as to cause the operation.
【請求項6】 前記ガスタービンの着火・起動として用
いられる燃料が、ガス化炉から供給される中カロリーガ
スの場合、前記燃料ノズルと前記ノズルボディーとのガ
ス通路に供給する窒素量を、窒素供給ラインの上流側に
設けた制御弁によって、ガスタービンの着火特性に合わ
せて制御するようになした請求項5記載のガス化複合発
電プラントの運転方法。
6. When the fuel used for igniting / starting the gas turbine is medium calorie gas supplied from a gasifier, the amount of nitrogen supplied to a gas passage between the fuel nozzle and the nozzle body is set to nitrogen. 6. The operating method for an integrated gasification combined cycle power plant according to claim 5, wherein the control valve provided on the upstream side of the supply line is controlled in accordance with the ignition characteristics of the gas turbine.
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