KR101852288B1

KR101852288B1 - 연료 유로의 퍼지방법, 이 방법을 실행하는 퍼지장치, 이 장치를 구비하는 가스터빈 설비

Info

Publication number: KR101852288B1
Application number: KR1020167029621A
Authority: KR
Inventors: 히사시 나카하라
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2018-04-25
Also published as: DE112015002636T5; WO2015186611A1; US10378448B2; JPWO2015186611A1; JP6175190B2; CN106232962B; DE112015002636B4; CN106232962A; US20170138268A1; KR20160136428A

Abstract

액체연료만이 노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태(Mo)일 때에 노즐의 액체연료 유로에 물을 공급하는 물공급공정(S1)과, 기체연료만이 노즐에 공급되고 있는 기체연료 공급상태(Mg)일 때에 노즐의 액체연료 유로에 물을 공급하는 전환 후 물퍼지공정(S3)과, 액체연료 공급상태(Mo)에서 기체연료 공급상태(Mg)에의 전이상태인 연료전환상태(Mc)일 때에 노즐의 액체연료 유로에 물을 공급하는 전환 중 물퍼지공정(S2)을 실행한다. 전환 중 물퍼지공정(S2)에서 공급하는 물의 제2유량(w2)은 물공급공정(S1)에서 공급하는 물의 제1유량(w1)보다도 적다. 전환 후 물퍼지공정(S3)에서는 일시적으로 제2유량(w2)보다도 많은 제3유량(w3)의 물을 공급한다.

Description

연료 유로의 퍼지방법, 이 방법을 실행하는 퍼지장치, 이 장치를 구비하는 가스터빈 설비{METHOD FOR PURGING FUEL CHANNEL, PURGING DEVICE FOR EXECUTING SAID METHOD, AND GAS TURBINE INSTALLATION PROVIDED WITH SAID DEVICE}

본 발명은 액체연료와 기체연료를 선택적으로 분사하는 노즐을 가진 연소기에 따른 연료 유로의 퍼지방법, 이 방법을 실행하는 퍼지장치, 이 장치를 구비하는 가스터빈 설비에 관한 것이다. 본 출원은 2014년 6월 3일에 일본국에 출원된 일본특허출원 제2014-114737호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 이곳에 원용한다.

가스터빈은 공기를 압축하는 압축기와 압축기로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소가스를 생성하는 연소기와 연소기로부터의 연소가스로 구동하는 터빈을 구비하고 있다.

연소기로는 경유 등의 유연료와 천연가스 등의 기체연료를 선택적으로 분사하는 듀얼방식의 노즐을 가진 것이 있다. 이와 같은 듀얼방식의 노즐을 가진 연소기에서는 사용연료를 유연료에서 기체연료로 전환한 후 노즐의 유연료 유로에 유연료가 남아 있으면 이 유연료가 고온환경 하에서 코킹하는 경우가 있다. 유연료가 유연료 유로 내에서 코킹하면 유연료 유로가 협소해지고 이 유연료 유로에 목적한 유량의 유연료를 흐르게 하는 것이 어려워진다.

그래서 아래의 특허문헌 1에 기재한 기술에서는 유연료에서 기체연료에의 전환이 완료한 후 유연료 유로에 물을 간헐적으로 여러 번 공급하고, 그 후 이 연료 유로에 공기를 공급하여 유연료 유로 중에 남아 있던 유연료를 제거하고, 유연료 유로 내에서의 유연료의 코킹을 억제하고 있다.

선행기술문헌

특허문헌

특허문헌 1: 일본특허공개 제2013-231415호 공보

해결하고자 하는 과제

상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 유연료에서 기체연료에의 전환이 완료한 후에 유연료 유로에 물을 공급한다. 이 때문에 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 유연료에서 기체연료에의 전환 과정에서 유연료 유로에 흐르는 유연료의 유량이 적어지고 유연료 유로를 흐르는 유연료의 유속이 떨어졌을 시에 유연료가 코킹할 우려가 있다는 문제점이 있다.

그래서 본 발명은 액체연료의 코킹을 억제 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제의 해결 수단

상기 문제점을 해결하기 위한 발명에 관한 일형태로서의 연료 유로의 퍼지방법은,

액체연료와 기체연료를 선택적으로 분사하는 노즐을 가지고, 상기 노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있는 연소기에 따른 연료 유로의 퍼지방법에서, 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태일 때에 상기 액체연료 유로에 물을 공급하는 물공급공정과, 상기 액체연료 공급상태에서 상기 노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 상기 액체연료가 적어지는 한편, 상기 노즐의 상기 기체연료 유로에 상기 기체연료가 공급되기 시작하고, 상기 기체연료 유로에 공급되는 상기 기체연료가 많아지는 연료전환상태일 때에, 상기 액체연료 유로에 물을 공급하는 전환 중 물퍼지공정과, 상기 액체연료가 상기 액체연료 유로에 공급되지 않게 되어 상기 연료전환상태가 종료하고, 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 기체연료만이 상기 노즐에 공급되기 시작하고 나서 상기 액체연료 유로에 물을 공급하는 전환 후 물퍼지공정을 실행하고, 상기 전환 중 물퍼지공정에서는 상기 물공급공정에서 상기 액체연료 유로에 공급하는 물의 유량인 제1유량보다도 적은 제2유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하고, 상기 전환 후 물퍼지공정에서는 적어도 일시적으로 상기 제2유량보다도 많은 제3유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급한다.

해당 퍼지방법에서는 연료전환상태 중이어도 노즐의 액체연료 유로에 물을 공급하므로, 연료전환상태 중 액체연료 유로 내에서의 액체연료의 코킹을 억제할 수 있다. 또한 연료전환상태 중 액체연료 및 기체연료의 연소가 불안정해지기 쉽다. 그래서 해당 퍼지방법에서는 적은 유량인 제2유량의 물을 노즐의 액체연료 유로에 물을 공급함으로써 연료전환상태에서의 연소불안성을 확보하면서 연료전환상태에서의 코킹을 억제한다. 또한 해당 퍼지방법에서는 전환 후 물퍼지공정에서 적어도 일시적으로 제2유량보다도 많은 제3유량의 물을 액체연료 유로에 공급하므로, 전환 후 물퍼지공정에 따른 세정효과를 높일 수 있다.

여기서 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 제3유량은 상기 제1유량보다도 적어도 된다.

또한 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 전환 후 물퍼지공정은 상기 전환 중 물퍼지공정에서 연속하여 상기 제2유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하는 물치환공정과 상기 물치환공정 후에 상기 제3유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하는 클리닝공정을 포함하고 있어도 된다.

해당 퍼지방법에서는 전환 후 물퍼지공정의 최초에 적은 유량인 제2유량의 물을 액체연료 유로에 공급하는 물치환공정을 실행하므로, 액체연료 유로에 고여 있던 액체연료가 대량으로 연소통 등의 연소기의 통 내에 분출하는 것을 피할 수 있고, 연소안정성을 확보할 수 있다. 또한 물치환 공정 후에 제2유량보다도 많은 제3유량의 물을 액체연료 유로에 공급하는 클리닝공정을 실행하므로, 액체연료 유로 중에 남아 있는 액체연료의 제거를 촉진할 수 있다.

또한 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 전환 후 물퍼지공정은 물을 간헐적으로 상기 액체연료 유로에 공급하는 간헐퍼지공정을 포함해도 된다.

상기 클리닝공정을 실행하는 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 전환 후 물퍼지공정은 상기 클리닝공정 후에 물을 간헐적으로 상기 액체연료 유로에 공급하는 간헐퍼지공정을 포함해도 된다.

상기 간헐퍼지공정을 실행하는 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 간헐퍼지공정에서는 상기 제3유로의 물을 상기 액체연료 유로에 공급해도 된다.

간헐퍼지공정을 실행하는 퍼지방법에서는 예를 들어 액체연료 유로의 구석 등에 남아 있는 액체를 제거할 수 있다.

이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 물공급공정에서는 상기 연료전환상태가 된 시점에서 상기 액체연료 유로에 공급되는 물의 유량이 상기 제2유량이 되도록 상기 연료전환상태에 달하기 전부터 상기 액체연료 유로에 공급하는 물유량을 서서히 적게 해도 된다.

이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 전환 후 물퍼지공정의 종료 후, 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 공기퍼지공정을 실행해도 된다.

해당 퍼지방법에서는 전환 후 물퍼지공정 후에 공기퍼지공정을 실행하므로, 액체연료 유로 내에 남아 있는 물이 물방울로서 고온을 연소통 등의 연소기의 통 내에 적하하게 되는 것을 회피할 수 있다.

상기 공기퍼지공정을 실행하는 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 공기퍼지공정은 제1압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지공정과 상기 저압퍼지공정 후에 상기 제1압력보다도 높은 제2압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지공정을 포함해도 된다.

해당 퍼지방법에서는 공기퍼지공정의 최초에 저압인 제1압력의 공기를 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지공정을 실행하므로, 액체연료 유로에 고여 있던 물이 대량으로 연소통 등의 연소기의 통 내에 분출하는 것을 피할 수 있고, 연소안정성을 확보할 수 있다. 또한 저압퍼지공정 후에 제1압력보다도 높은 제2압력의 공기를 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지공정을 실행하므로, 저압퍼지공정 후에 액체연료 유로 중에 남아 있는 물을 효과적으로 연소기의 통 내에 분사시킬 수 있다.

이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 연소기는 상기 노즐로서의 제1노즐 외에 제2노즐을 가지고 있고, 상기 제2노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와, 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있고, 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태에서 상기 액체연료가 상기 제2노즐에 공급되지 않게 되고, 상기 기체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있을 때, 또한 상기 제1노즐에 대한 상기 전환 후 물퍼지공정의 실행 중에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 공급하는 공기퍼지공정을 실행해도 된다.

해당 퍼지방법에서는 제1노즐에 대한 전환 후 물퍼지공정이 종류하기 전인 전환 후 물퍼지공정 중에 제2노즐에 대한 공기퍼지공정을 실행하므로, 제2노즐의 액체연료 유로 내에 따른 액체연료의 코킹을 억제할 수 있다.

상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정을 실행하는 상기 연료 유로의 퍼지공정에서 상기 제1노즐에 대한 상기 전환 후 물퍼지공정이 개시되고 나서 소정시간 경과 후에 상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정을 실행해도 된다.

상기 클리닝공정을 실행하는 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 연소기는 상기 노즐로서의 제1노즐 외에 제2노즐을 가지고 있고, 상기 제2노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와, 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있고, 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태에서 상기 액체연료가 상기 제2노즐에 공급되지 않게 되고, 상기 기체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있을 때, 또한 상기 제1노즐에 대한 상기 전환 후 물퍼지공정의 실행 중에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 공급하는 공기퍼지공정을 실행하고, 상기 제1노즐에 대한 상기 클리닝공정의 개시 타이밍에 맞추어 상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정을 개시해도 된다.

제1노즐에 대한 물치환공정 중 제1노즐에서 연소통 등의 연소기의 통 내에 분사되는 액체연료의 유량이 비교적 많다. 이 물치환공정 중에 제2노즐에서도 액체연료를 분사하면 연소기의 통 내에 분사되는 액체연료의 유량이 상당히 많아지고, 연소량이 증가하는데다 연소안정성이 손상된다. 이 때문에 해당 퍼지방법에서는 제1노즐에 대한 물치환공정의 종료 타이밍에 맞추고, 환언하자면 제1노즐에 대한 클리닝공정의 개시 타이밍에 맞추어 이 제2노즐에 대한 공기퍼지공정을 개시한다.

또한 제2노즐에 대하여 공기퍼지공정을 실행하는 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정은 제3압력의 공기를 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지공정과 상기 제2노즐에 대한 상기 저압퍼지공정 후에 상기 제3압력보다도 높은 제4압력의 공기를 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지공정을 포함해도 된다.

해당 퍼지방법에서는 제2노즐에 대한 공기퍼지공정의 최초에 저압인 제3압력의 공기를 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지공정을 실행하므로, 액체연료 유로에 고여 있던 액체연료가 대량으로 연소통 등의 연소기의 통 내에 분출하는 것을 피할 수 있고, 연소안정성을 확보할 수 있다. 또한 저압퍼지공정 후에 제3압력보다도 높은 제4압력의 공기를 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지공정을 실행하므로, 저압퍼지공정 후에 액체연료 유로 중에 남아 있는 액체연료를 효과적으로 제거할 수 있다.

또한 제2노즐에 대하여 공기퍼지공정을 실행하는 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 제2노즐은 상기 제2노즐에서 분사한 연료를 확산연소시키는 노즐로서, 상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정인 제1공기퍼지공정 후에 상기 제1공기퍼지공정에서 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 공기의 압력보다도 낮은 압력의 공기를 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 제2공기퍼지공정을 실행해도 된다.

해당 퍼지방법에서는 제2노즐의 액체연료 유로 내에 화염이 역류하는 것을 방지할 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 발명에 관한 일형태로서의 연료 유로의 퍼지장치는

액체연료와 기체연료를 선택적으로 분사하는 노즐을 가지고, 상기 노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있는 연소기에 따른 연료 유로의 퍼지장치에서, 상기 액체연료 유로에 물을 보내는 물라인과 상기 물라인을 흐르는 물의 유량을 조절하는 물조절밸브와 상기 물조절밸브의 개도를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 제어장치는 상기 노즐에의 연료공급상태를 인식하는 연료공급상태 인식부와 상기 연료공급상태 인식부에서 인식된 상기 연료공급상태에 따라 상기 물조절밸브의 개도를 제어하는 물퍼지제어부를 가지고, 상기 연료공급상태 인식부는 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태와 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 기체연료만이 상기 노즐에 공급되고 있는 기체연료 공급상태와 상기 액체연료 공급상태에서 상기 기체연료 공급상태에의 전이상태인 연료전환상태를 인식하고, 상기 물퍼지제어부는 상기 연료공급상태 인식부가 상기 액체연료 공급상태라고 인식하고 있을 때에 상기 액체연료 유로에 제1유량의 물이 공급되는 전환 전 개도를 상기 물조절밸브에 지시하고, 상기 연료공급상태 인식부가 상기 연료전환상태라고 인식하고 있을 때에 상기 액체연료 유로에 제2유량의 물이 공급되는 전환 중 개도를 상기 물조절밸브에 지시하고, 상기 연료공급상태 인식부가 상기 기체연료 공급상태가 되었다고 인식했을 때에 상기 액체연료 유로에 물이 공급되는 전환 후 개도를 상기 물조절밸브에 지시하고, 상기 물퍼지제어부는 상기 제2유량이 상기 제1유량보다도 적어지도록 상기 전환 전 개도보다도 상기 전환 중 개도를 작게 하고, 상기 기체연료 공급상태에서 적어도 일시적으로 상기 제2유량보다도 많은 제3유량의 물이 상기 액체연료 유로에 공급되도록 상기 전환 후 개도를 정한다.

해당 퍼지장치에서는 연료전환상태 중에서도 노즐의 액체연료 유로에 물을 공급하므로, 연료전환상태 중 액체연료 유로 내에서의 액체연료의 코킹을 억제할 수 있다. 또한 연료전환상태 중 액체연료 및 기체연료의 연소가 불안정해지기 쉽다. 그래서 해당 퍼지장치에서는 적은 유량인 제2유량의 물을 노즐의 액체연료 유로에 물을 공급함으로써 연료전환상태에서의 연소불안성을 확보하면서 연료전환상태에서의 코킹을 억제한다. 또한 해당 퍼지장치에서는 기체연료 공급상태에서 적어도 일시적으로 제2유량보다도 많은 제3유량의 물을 액체연료 유로에 공급하므로, 기체연료 공급상태에서의 액체연료 유로의 세정효과를 높일 수 있다.

여기서 상기 연료 유로의 퍼지방법에서 상기 물퍼지제어부는 상기 제3유량이 상기 제1유량보다도 적어지는 상기 전환 후 개도를 정해도 된다.

또한 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 물퍼지제어부는 상기 연료공급상태 인식부가 상기 기체연료 공급상태가 되었다고 인식했을 때에 상기 전환 후 개도로서 상기 연료전환상태에서 연속하여 상기 제2유량의 물이 상기 액체연료 유로에 공급되도록 상기 전환 중 개도와 동일한 개도인 물치환개도를 상기 물조절밸브에 지시하고, 상기 물치환개도를 상기 물조절밸브에 지시한 후 상기 전환 후 개도로서 상기 제3유량의 물이 상기 액체연료 유로에 공급되도록 클리닝개도를 상기 물조절밸브에 지시해도 된다.

또한 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 물퍼지제어부는 상기 전환 후 개도로서 간헐적으로 상기 액체연료 유로에 물이 공급되는 간헐퍼지개도를 상기 물조절밸브에 지시해도 된다.

상기 클리닝개도를 정하는 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 물퍼지제어부는 상기 클리닝개도를 상기 물조절밸브에 지시한 후 상기 전환 후 상기 개도로서 간헐적으로 상기 액체연료 유로에 물이 공급되는 간헐퍼지개도를 상기 물조절밸브에 지시해도 된다.

상기 클리닝개도를 정하는 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 물퍼지제어부는 상기 액체연료 유로에 물을 공급하고 있을 시의 유량이 상기 제3유량이 되는 상기 간헐퍼지개도를 상기 물조절밸브에 지시해도 된다.

이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 연료공급상태 인식부는 상기 액체연료 공급상태에서 상기 연료전환상태로 전환하는 타이밍을 사전에 인식하고, 상기 물퍼지제어부는 상기 연료전환상태가 된 시점에서 상기 액체연료 유로에 공급되는 물의 유량이 상기 제2유량이 되도록 상기 연료공급상태 인식부가 상기 타이밍을 사전에 인식하면 상기 액체연료 유로에 공급하는 물의 유량이 서서히 적어지는 상기 전환 전 개도를 상기 물조절밸브에 지시해도 된다.

이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 액체연료 유로에 공기를 보내는 공기라인과 상기 공기라인을 흐르는 공기의 압력을 조절하는 공기조절밸브를 구비하고, 상기 제어장치는 상기 공기조절밸브의 개도를 제어하는 공기퍼지제어부를 가지고, 상기 물퍼지제어부는 상기 물조절밸브에 대하여 상기 전환 후 개도를 지시한 후 밸브 클로즈를 지시하고, 상기 공기퍼지제어부는 상기 기체연료 공급상태에서 상기 물조절밸브가 닫힌 상태일 때 상기 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 공기퍼지개도를 상기 공기조절밸브에 지시해도 된다.

상기 공기퍼지제어부를 가진 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 공기퍼지제어부는 제1압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지개도를 상기 공기퍼지개도로서 상기 공기조절밸브에 지시하고, 상기 저압퍼지개도를 지시한 후에 상기 제1압력보다도 높은 제2압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지개도를 상기 공기퍼지개도로서 상기 공기조절밸브에 지시해도 된다.

상기 공기퍼지제어부를 가진 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 연소기는 상기 노즐로서의 제1노즐 외에 제2노즐을 가지고 있고, 상기 제2노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와, 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있고, 상기 제1노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 보내는 상기 공기라인인 제1공기라인 외에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 보내는 제2공기라인과 상기 제2공기라인을 흐르는 공기의 압력을 조절하는 제2공기조절밸브를 구비하고, 상기 연료공급상태 인식부는 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 기체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있는 기체연료 공급상태를 인식하고, 상기 공기퍼지제어부는 상기 제1노즐 및 상기 제2노즐이 모두 상기 기체연료 공급상태이고 상기 물퍼지제어부가 상기 전환 후 개도를 지시하고 있는 도중에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기가 공급되는 공기퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시해도 된다.

상기 제2노즐을 가진 연소기에 따른 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 물퍼지제어부가 상기 물조절밸브에 대하여 상기 전환 후 개도를 지시하고 나서 소정시간 경과 후에 상기 제2공기조절밸브의 상기 공기퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시해도 된다.

상기 제2노즐을 가진 연소기에 따른 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 공기퍼지제어부는 상기 제2공기조절밸브의 상기 공기퍼지개도로서 제3압력의 공기가 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 저압퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시하고, 상기 제2공기조절밸브에 상기 저압퍼지개도를 지시한 후 상기 제2공기조절밸브의 상기 공기퍼지개도로서 상기 제3압력보다도 높은 제4압력의 공기가 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 고압퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시해도 된다.

상기 제2노즐을 가진 연소기에 따른 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치에서 상기 제2노즐은 상기 제2노즐에서 분사한 연료를 확산연소시키는 노즐로서, 상기 공기퍼지제어부는 상기 공기퍼지개도인 상기 제1공기퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시한 후 상기 제1공기퍼지개도에서 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 공기의 압력보다도 낮은 압력의 공기가 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 제2공기퍼지개도를 지시해도 된다.

상기 문제점을 해결하기 위한 발명에 관한 일형태로서의 가스터빈 설비는 이상의 어느 한 상기 연료 유로의 퍼지장치와, 상기 연소기와, 상기 연소기에서 생성된 연소가스에 의해 구동하는 터빈을 구비한다.

발명의 효과

본 출원의 발명에 관한 일형태에서는 액체연료에서 기체연료에의 전환과정에 따른 연료의 안정연소를 확보하면서 액체연료의 코킹을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 가스터빈의 주요 부분을 잘라낸 전체 측면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 연료분사기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 퍼지장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명에 관한 일실시형태에 따른 각 밸브의 동작 타이밍을 나타내는 타이밍차트이다.

이하, 본 발명에 관한 가스터빈 설비의 일실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시형태의 가스터빈 설비는 도 1에 나타낸 바와 같이 가스터빈(10)을 구비하고 있다. 이 가스터빈(10)에는 도시되어 있지 않은 발전기가 접속되어 있다.

가스터빈(10)은 외기를 압축하여 압축공기를 생성하는 압축기(20)와, 연료를 압축공기 중에서 연소시켜 연소가스를 생성하는 여러 개의 연소기(40)와, 연소가스에 의해 구동하는 터빈(30)을 구비하고 있다.

압축기(20)는 회전축선(Ar)을 중심으로 회전하는 압축기로터(21)와, 압축기로터(21)를 회전 가능하게 덮는 압축기케이싱(25)을 가진다. 터빈(30)은 회전축선(Ar)을 중심으로 회전하는 터빈로터(31)와 터빈로터(31)를 회전 가능하게 덮는 터빈케이싱(35)을 가진다. 터빈케이싱(35)의 내주측과 터빈로터(31)의 외주측 사이는 연소기(40)로부터의 연소가스가 흐르는 연소가스유로(39)를 형성한다. 압축기로터(21)와 터빈로터(31)는 동일 회전축선(Ar) 상에 위치하고, 서로 연결되어 가스터빈로터(11)를 이루고 있다. 이 가스터빈로터(11)에는 상술한 발전기의 발전기로터가 연결되어 있다. 압축기케이싱(25)과 터빈케이싱(35)은 서로 연결되어 가스터빈케이싱(15)을 이룬다.

여러 개의 연소기(40)는 회전축선(Ar)을 중심으로 둘레방향(Dc)으로 등간격으로 배열되어 터빈케이싱(35)에 고정되어 있다. 연소기(40)는 연료가 연소하는 통(61)과 이 통(61) 내에 연료를 분사하는 연료분사기(41)를 가진다. 통(61)은 양단이 개구하고 있고 일방의 개구단에 연료분사기(41)의 일부가 삽입되고, 타방의 개구단에 터빈(30)의 연소가스유로(39)가 접속되어 있다.

연료분사기(41)는 도 2에 나타낸 바와 같이 연소기축선(Ac) 상에 배치되어 있는 파일럿버너(42)와, 연소기축선(Ac)을 중심으로 하는 둘레방향으로 등간격으로 배치되어 있는 여러 개의 메인버너(52)와, 터빈케이싱(35)에 고정되어 있는 노즐베이스(62)를 가진다. 또한 이하의 설명의 편의 상 연소기축선(Ac)이 연장하는 방향을 연소기축선방향으로 하고, 이 연소기축선방향에서 일방측을 선단측, 타방측을 기단측으로 한다.

파일럿버너(42)는 연소기축선방향으로 긴 파일럿노즐(제2노즐)(43)과 파일럿노즐(43)의 선단측의 외주를 둘러싸는 통상의 파일럿공기용 통(48)을 가진다. 파일럿공기용 통(48)의 선단측은 선단측을 향함에 따라 서서히 확경된 파일럿콘을 이루고 있다. 파일럿노즐(43)은 그 기단측이 노즐베이스(62)를 관통한 상태로 노즐베이스(62)에 고정되어 있다. 파일럿노즐(43)에는 천연가스 등의 기체연료(Fgp)가 흐르고 노즐 선단부에서 개구(45)하고 있는 기체연료 유로(44)와 경유 등의 액체연료(Fop)가 흐르고 노즐 선단부에서 개구(47)하고 있는 액체연료 유로(46)가 형성되어 있다. 파일럿노즐(43)의 기단부에는 기체연료 유로(44)와 연통하는 기체연료수용관(65)과, 액체연료 유로(46)와 연통하는 액체연료수용관(66)이 접속되어 있다. 기체연료수용관(65)에는 후술하는 파일럿기체연료분기라인(278)이 접속되고, 액체연료수용관(66)에는 후술하는 파일럿액체연료분기라인(258)이 접속되어 있다.

메인버너(52)는 연소기축선방향으로 긴 메인노즐(53)과 메인노즐(53)의 외주를 둘러싸는 통상의 메인공기용 통(58)을 가진다. 메인노즐(53)은 그 기단이 노즐베이스(62)에 고정되어 있다. 메인노즐(53)에는 기체연료(Fgm)가 흐르고 노즐 선단부에서 개구(55)하고 있는 기체연료 유로(54)와 액체연료(Fom)가 흐르고 노즐 선단부에서 개구(57)하고 있는 액체연료 유로(56)가 형성되어 있다. 노즐베이스(62)에는 메인노즐(53)의 기체연료 유로(54)와 연통하는 기체연료 유로(63)와 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)와 연통하는 액체연료 유로(64)가 형성되어 있다. 이 노즐베이스(62)에는 노즐베이스(62)에 형성되어 있는 기체연료 유로(63)와 연통하는 기체연료수용관(67)과 노즐베이스(62)에 형성되어 있는 액체연료 유로(64)와 연통하는 액체연료수용관(68)이 접속되어 있다. 기체연료수용관(67)에는 후술하는 메인기체연료분기라인(279)이 접속되고, 액체연료수용관(68)에는 후술하는 메인액체연료분기라인(259)이 접속되어 있다.

파일럿공기용 통(48)의 내주측은 압축기(20)로부터의 압축공기가 흐르는 파일럿공기유로(49)를 이루고 있다. 파일럿노즐(43)에서 분사된 액체연료(Fop) 또는 기체연료(Fgp)는 이 파일럿공기유로(49)를 통과한 압축공기 중에 연소(확산연소)하여 확산화염을 형성한다.

메인공기용 통(58)의 내주측은 압축기(20)로부터의 압축공기가 흐르는 메인공기유로(59)를 이루고 있다. 이 메인공기유로(59)를 흐르는 압축공기에는 이 메인공기유로(59) 내에 배치되어 있는 메인노즐(53)에서 액체연료(Fom) 또는 기체연료(Fgm)가 분사된다. 따라서 메인공기유로(59) 내에서 메인노즐(53)의 선단부보다도 하류측에는 압축공기와 액체연료(Fom) 또는 기체연료(Fgm)가 서로 혼합한 예혼합기체가 흐른다. 이 예혼합기체는 메인공기유로(59)에서 유출하면 연소(예혼합연소)하여 예혼합화염을 형성한다. 상술한 확산화염은 이 예혼합화염을 보염하는 역할을 담당하고 있다.

가스터빈 설비는 이상에서 설명한 가스터빈(10) 외에 도 3에 나타낸 바와 같이 여러 개의 연소기(40)에 액체연료(Fo)를 공급하는 액체연료 공급장치(250)와, 여러 개의 연소기(40)에 기체연료(Fg)를 공급하는 기체연료 공급장치(270)와, 연소기(40)의 메인노즐(제1노즐)(53)에 따른 액체연료 유로(56)에 물(W)을 공급하는 물퍼지장치(210)와, 연소기(40)의 메인노즐(제1노즐)(53) 및 파일럿노즐(제2노즐)(43)에 따른 액체연료 유로(56), (46)에 공기(A)를 공급하는 공기퍼지장치(230)와, 이들을 제어하는 제어장치(100)를 구비하고 있다.

액체연료 공급장치(250)는 액체연료공급원(251)에 접속되어 있는 액체연료 메인라인(252)과, 파일럿액체연료라인(253)과, 메인액체연료라인(254)과, 파일럿액체연료분배기(256)와, 메인액체연료분배기(257)와, 여러 개의 파일럿액체연료분기라인(258)과, 여러 개의 메인액체연료분기라인(259)을 가진다. 파일럿액체연료라인(253) 및 메인액체연료라인(254)은 모두 액체연료메인라인(252)에서 분기한 라인이다. 파일럿액체연료라인(253)에는 파일럿액체연료분배기(256)가 접속되어 있다. 여러 개의 파일럿액체연료분기라인(258)은 여러 개의 연소기(40)의 파일럿노즐(43)마다 설치되고, 각각이 파일럿액체연료분배기(256)에 접속되어 있다. 메인액체연료라인(254)에는 메인액체연료분배기(257)가 접속되어 있다. 여러 개의 메인액체연료분기라인(259)은 여러 개의 연소기(40)의 메인노즐(53)마다 설치되고, 각각이 메인액체연료분배기(257)에 접속되어 있다.

액체연료메인라인(252)에는 이곳을 흐르는 액체연료(Fo)의 유량을 조절하는 액체연료메인밸브(262)가 설치되어 있다. 파일럿액체연료라인(253)에는 이곳을 흐르는 액체연료(Fop)의 유량을 조절하는 파일럿액체연료밸브(263)가 설치되어 있다. 여러 개의 파일럿액체연료분기라인(258)에는 각각 이곳을 흐르는 액체연료(Fop)의 유량을 조절하는 파일럿액체연료분기밸브(268)가 설치되어 있다. 메인액체연료라인(254)에는 이곳을 흐르는 액체연료(Fom)의 유량을 조절하는 메인액체연료밸브(264)가 설치되어 있다. 여러 개의 메인액체연료분기라인(259)에는 각각 이곳을 흐르는 액체연료(Fom)의 유량을 조절하는 메인액체연료분기밸브(269)가 설치되어 있다.

기체연료 공급장치(270)는 기체연료공급원(271)에 접속되어 있는 기체연료 메인라인(272)과, 파일럿기체연료라인(273)과, 메인기체연료라인(274)과, 파일럿기체연료분배기(276)와, 메인기체연료분배기(277)와, 여러 개의 파일럿기체연료분기라인(278)과, 여러 개의 메인기체연료분기라인(279)을 가진다. 파일럿기체연료라인(273) 및 메인기체연료라인(274)은 모두 기체연료메인라인(272)에서 분기한 라인이다. 파일럿기체연료라인(273)에는 파일럿기체연료분배기(276)가 접속되어 있다. 여러 개의 파일럿기체연료분기라인(278)은 여러 개의 연소기(40)의 파일럿노즐(43)마다 설치되고, 각각이 파일럿기체연료분배기(276)에 접속되어 있다. 메인기체연료라인(274)에는 메인기체연료분배기(277)가 접속되어 있다. 여러 개의 메인기체연료분기라인(279)은 여러 개의 연소기(40)의 메인노즐(53)마다 설치되고, 각각이 메인기체연료분배기(277)에 접속되어 있다.

기체연료메인라인(272)에는 이곳을 흐르는 액체연료(Fg)의 유량을 조절하는 기체연료메인밸브(282)가 설치되어 있다. 파일럿기체연료라인(273)에는 이곳을 흐르는 기체연료(Fgp)의 유량을 조절하는 파일럿기체연료밸브(283)가 설치되어 있다. 여러 개의 파일럿기체연료분기라인(278)에는 각각 이곳을 흐르는 기체연료(Fgp)의 유량을 조절하는 파일럿기체연료분기밸브(288)가 설치되어 있다. 메인기체연료라인(274)에는 이곳을 흐르는 기체연료(Fgm)의 유량을 조절하는 메인기체연료밸브(284)가 설치되어 있다. 여러 개의 메인기체연료분기라인(279)에는 각각 이곳을 흐르는 액체연료(Fgm)의 유량을 조절하는 메인기체연료분기밸브(289)가 설치되어 있다.

물퍼지장치(210)는 물공급원(211)과, 물메인라인(212)과, 물분배기(216)와, 여러 개의 물분기라인(218)을 가진다. 물공급원(211)은 물을 승압하여 물메인라인(212)에 송출하는 펌프를 가진다. 물메인라인(212)은 이 물공급원(211)에 접속되어 있다. 물분배기(216)는 물메인라인(212)에 접속되어 있다. 여러 개의 물분기라인(218)은 여러 개의 메인액체연료분기라인(259)마다 설치되고, 일단이 메인액체연료분배라인(259)에 접속되고, 타단이 물분배기(216)에 접속되어 있다. 물메인라인(212)에는 이곳을 흐르는 물(W)의 유량을 조절하는 물조절밸브(213)가 설치되어 있다.

공기퍼지장치(230)는 공기공급원(231)과, 공기메인라인(232)과, 파일럿공기라인(233)과, 메인공기라인(234)을 가진다. 공기공급원(231)은 공기를 승압하여 공기메인라인(232)에 송출하는 퍼지용 컴프레셔를 가진다. 공기메인라인(232)은 이 공기공급원(231)에 접속되어 있다. 파일럿공기라인(233) 및 메인공기라인(234)은 모두 공기메인라인(232)에서 분기한 라인이다. 파일럿공기라인(233)은 파일럿액체연료라인(253)에 접속되어 있다. 메인공기라인(234)은 물메인라인(212)에 접속되어 있다. 공기메인라인(232)에는 이곳을 흐르는 공기(A)의 유량을 조절하는 공기메인밸브(237)가 설치되어 있다. 파일럿공기라인(233)에는 이곳을 흐르는 공기(Ap)의 유량을 조절하는 파일럿공기조절밸브(238)가 설치되어 있다. 메인공기라인(234)에는 이곳을 흐르는 공기(Am)의 유량을 조절하는 메인공기조절밸브(239)가 설치되어 있다.

제어장치(100)는 연소기(40)에 공급되는 기체연료(Fg)를 제어하는 기체연료제어부(101)와, 연소기(40)에 공급되는 액체연료(Fo)를 제어하는 액체연료제어부(102)와, 연소기(40)에의 연료공급상태를 인식하는 연료공급상태 인식부(105)와, 연료공급상태에 따라 물조절밸브(213)의 개도를 제어하는 물퍼지제어부(106)와, 연료공급상태에 따라 파일럿공기조절밸브(238) 및 메인공기조절밸브(239)의 개도를 제어하는 공기퍼지제어부(107)를 가진다. 또한 이 제어장치(100)는 컴퓨터로 구성되어 있다.

본 실시형태의 퍼지장치는 물퍼지장치(210)와, 공기퍼지장치(230)와, 제어장치(100)의 연료공급상태 인식부(105), 물퍼지제어부(106) 및 공기퍼지제어부(107)를 가지고 구성된다.

이어서 제어장치(100)의 동작에 대해서 설명하면서 이 제어장치(100)의 동작에 따른 각종 장치 등의 동작에 대하여 설명한다.

제어장치(100)의 기체연료제어부(101) 및 액체연료제어부(102)는 가스터빈(10)의 운전 중 가스터빈(10)의 연소기(40)에 공급하는 연료의 유량 등을 제어한다.

구체적으로 기체연료제어부(101)는 먼저 출력계(111)에서 검지된 발전기출력과 상위장치로부터의 부하지령 등에 따라서 기체연료(Fg)의 총 유량을 구한다. 기체연료제어부(101)는 기체연료(Fg)의 총 유량 또는 터빈(30)의 입구온도 등에 따라서 기체연료메인라인(272)에서 분기하고 있는 파일럿기체연료라인(273), 메인기체연료라인(274)을 흐르는 기체연료(Fg)의 유량비를 구한다. 또한 액체연료제어부(102)는 출력계(111)에서 검지된 발전기출력과 상위장치로부터의 부하지령 등에 따라서 액체연료(Fo)의 총 유량을 구한다. 액체연료제어부(102)는 액체연료(Fo)의 총 유량 또는 터빈(30)의 입구온도 등에 따라서 액체연료메인라인(252)에서 분기하고 있는 파일럿액체연료라인(253), 메인액체연료라인(254)을 흐르는 액체연료(Fo)의 유량비를 구한다.

기체연료제어부(101)는 기체연료메인밸브(282), 파일럿기체연료밸브(283), 메인기체연료밸브(284)에 대하여 개도지령을 보낸다. 기체연료제어부(101)는 상위장치로부터의 기체연료연소를 나타내는 연료전환지령을 받으면 기체연료(Fg)의 총 유량에 따른 개도지령을 기체연료메인밸브(282)에 보낸다. 또한 기체연료제어부(101)는 기체연료(Fg)의 총 유량 및 상술한 유량비로 확정된 각 기체연료라인(273), (274)의 유량에 따른 개도지령을 각 기체연료밸브(283), (284)로 보낸다. 이 결과 파일럿기체연료라인(273) 및 메인기체연료라인(274)의 각각에 소정의 유량의 기체연료(Fg)가 흐른다. 파일럿기체연료라인(273)을 흐른 기체연료(Fgp)는 파일럿기체연료분배기(276), 파일럿기체연료분기라인(278)을 거쳐 각 연소기(40)의 파일럿노즐(43)의 기체연료 유로(44)에 흘러들고, 파일럿노즐(43)에서 통(61) 내에 분사된다. 메인기체연료라인(274)을 흐른 기체연료(Fgm)는 메인기체연료분배기(277), 메인기체연료분기라인(279)을 거쳐 각 연소기(40)의 메인노즐(53)의 기체연료 유로(54)에 흘러들고, 메인노즐(53)에서 통(61) 내에 분사된다.

한편 액체연료제어부(102)는 상위장치로부터의 기체연료연소를 나타내는 연료전환지령을 받으면 액체연료메인밸브(262), 파일럿액체연료밸브(263), 메인액체연료밸브(264)에 대하여 개도[0]를 나타내는 개도지령, 다시 말해 밸브 클로즈 지령을 보낸다. 이 결과 각 연소기(40)의 파일럿노즐(43) 및 메인노즐(53)에서 액체연료(Fo)가 분사되지 않게 된다.

액체연료제어부(102)는 상위장치로부터의 액체연료연소를 나타내는 연료전환지령을 받으면 액체연료(Fo)의 총 유량에 따른 개도지령을 액체연료메인밸브(262)에 보낸다. 또한 액체연료제어부(102)는 액체연료(Fo)의 총 유량 및 상술한 유량비로 확정된 각 액체연료라인(253), (254)의 유량에 따른 개도지령을 각 액체연료밸브(263), (264)로 보낸다. 이 결과 파일럿액체연료라인(253) 및 메인액체연료라인(254)의 각각에 소정의 유량의 액체연료(Fo)가 흐른다. 파일럿액체연료라인(253)을 흐른 액체연료(Fop)는 파일럿액체연료분배기(256), 파일럿액체연료분기라인(258)을 거쳐 각 연소기(40)의 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 흘러들고, 파일럿노즐(43)에서 통(61) 내에 분사된다. 메인액체연료라인(254)을 흐른 액체연료(Fom)는 메인액체연료분배기(257), 메인액체연료분기라인(259)을 거쳐 각 연소기(40)의 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 흘러들고, 메인노즐(53)에서 통(61) 내에 분사된다.

한편 기체연료제어부(101)는 상위장치로부터의 액체연료연소를 나타내는 연료전환지령을 받으면 기체연료메인밸브(282), 파일럿기체연료밸브(283), 메인기체연료밸브(284)에 대하여 개도[0]를 나타내는 개도지령, 다시 말해 밸브 클로즈 지령을 보낸다. 이 결과 각 연소기(40)의 파일럿노즐(43) 및 메인노즐(53)에서 기체연료(Fg)가 분사되지 않게 된다.

연료공급상태 인식부(105)는 기체연료(Fg)와 액체연료(Fo) 중 액체연료(Fo)만이 메인노즐(53)에 공급되고 있는 액체연료공급상태(Mo)와, 기체연료(Fg)만이 메인노즐(53)에 공급되고 있는 기체연료공급상태(Mg)와, 액체연료공급상태(Mo)에서 기체연료공급상태(Mg)에의 전이상태인 연료전환상태(Mc)를 인식한다. 또한 연료공급상태 인식부(105)는 기체연료(Fg)와 액체연료(Fo) 중 액체연료(Fo)만이 파일럿노즐(43)에 공급되고 있는 액체연료공급상태(Po)와, 기체연료(Fg)만이 파일럿노즐(43)에 공급되고 있는 기체연료공급상태(Pg)와, 액체연료공급상태(Po)에서 기체연료공급상태(Pg)에의 전이상태인 연료전환상태(Pc)를 인식한다. 연료공급상태 인식부(105)는 기체연료제어부(101) 및 액체연료제어부(102)에서 출력되는 지령 등에 따라 이들 상태를 인식한다.

물퍼지제어부(106)는 연료공급상태 인식부(105)에 의해 연료공급상태가 액체연료공급상태(Mo)라고 인식되면 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제1유량(w1)의 물(W)이 공급되는 전환 전 개도를 물조절밸브(213)에 지시한다. 이 결과 물공급원(211)으로부터의 물(W)이 물메인라인(212), 물분배기(216) 및 물분기라인(218)을 개재하여 메인액체연료분기라인(259)으로 흘러든다. 메인액체연료분기라인(259)에 흘러든 물(W)은 이곳을 흐르는 액체연료(Fom)와 함께 각 연소기(40)의 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 흘러들고, 메인노즐(53)에서 통(61) 내에 분사된다.

액체연료공급상태(Mo) 시에 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에서 통(61) 내에 분사되는 물(W)은 동일하게 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에서 통(61) 내에 분사되는 액체연료(Fom)를 확산시킨다. 또한 이 물(W)은 메인노즐(53)에서 분사된 액체연료(Fom)의 연소로 형성되는 예혼합화염의 온도를 저하시켜 통(61)의 메탈온도의 저감 및 열적-질소산화물 (Thermal NOx)의 저감에 기여한다. 또한 이 물(W)은 증기가 되어 터빈(30)의 연소가스유로(39)에 흘러들기 때문에 가스터빈출력의 향상에도 기여한다.

이어서 도 4에 나타내는 타이밍차트에 따라 액체연료연소로부터 기체연료연소에의 연료전환과정의 각 밸브 동작에 대하여 설명한다.

액체연료연소 시 메인액체연료밸브(264) 및 파일럿액체연료밸브(263)는 각각 액체연료제어부(102)로부터의 지시에 따른 개도로 열려 있다. 이 때문에 각 연소기(40)의 메인노즐(53) 및 파일럿노즐(43)에서는 액체연료(Fo)가 분사되고 있다. 한편 메인기체연료밸브(284) 및 파일럿기체연료밸브(283)는 각각 닫혀 있다. 이 때문에 각 연소기(40)의 메인노즐(53) 및 파일럿노즐(43)에서 기체연료(Fg)가 분사되지 않는다. 즉, 메인노즐(53) 및 파일럿노즐(43)은 모두 액체연료공급상태(Mo), (Po)가 되어 있다.

이때 물퍼지장치(210)의 물조절밸브(213)는 상술한 것처럼 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제1유량(w1)의 물(W)이 공급되는 전환 전 개도가 되어 있다(S1: 물공급공정). 이 때문에 메인노즐(53)이 액체연료공급상태(Mo)일 때 물공급원(211)으로부터의 물(W)이 물메인라인(212), 물분배기(216)를 개재하여 메인액체연료분기라인(259)으로 흘러든다. 메인액체연료분기라인(259)에 흘러든 물은 각 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 흘러들고, 메인노즐(53)에서 통(61) 내에 분사된다. 본 실시형태에서 제1유량(w1)은 이 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공급되는 액체연료(Fom)의 유량에 대하여 일정한 비율의 유량이다. 이 때문에 부하지령이 변화하고, 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공급되는 액체연료(Fom)의 유량이 변화하면 이 변화에 따라 제1유량(w1)도 변화한다. 또한 물공급공정(S1) 중 이 제1유량(w1)은 일정한 유량이어도 된다.

외부에서 제어장치(100)에 연료전환지령이 입력되면(t1) 액체연료제어부(102)로부터의 지시에 의해 파일럿액체연료밸브(263)가 닫히기 시작하는 한편 기체연료제어부(101)로부터의 지시에 의해 파일럿기체연료밸브(283)가 열리기 시작한다. 이 때문에 파일럿노즐(43)에서 분사되는 액체연료(Fop)가 감소하기 시작하는 한편 파일럿노즐(43)에서 기체연료(Fgp)가 분사되기 시작한다. 즉, 각 연소기(40)의 파일럿노즐(43)은 액체연료공급상태(Po)에서 연료전환상태(Pc)가 된다.

그 후(t3) 파일럿액체연료밸브(263)가 완전히 닫히고, 파일럿기체연료밸브(283)가 기체연료제어부(101)로부터의 지시에 따른 개도가 되면 파일럿노즐(43)에서 액체연료(Fop)가 분사되지 않게 되는 한편 파일럿노즐(43)에서 기체연료(Fgp)가 소정의 유량으로 분사되게 된다. 즉, 각 연소기(40)의 파일럿노즐(43)은 연료전환상태(Pc)에서 기체연료공급상태(Pg)가 된다.

각 연소기(40)의 파일럿노즐(43)이 기체연료공급상태(Pg)가 되면(t3) 액체연료제어부(102)로부터의 지시에 의해 메인액체연료밸브(264)가 닫히기 시작하는 한편 기체연료제어부(101)로부터의 지시에 의해 메인기체연료밸브(284)가 열리기 시작한다. 이 때문에 메인노즐(53)에서 분사되는 액체연료(Fom)가 감소하기 시작하는 한편 메인노즐(53)에서 기체연료(Fgm)가 분사되기 시작한다. 즉, 각 연소기(40)의 메인노즐(53)은 액체연료공급상태(Mo)에서 연료전환상태(Mc)가 된다.

그 후(t4) 메인액체연료밸브(264)가 완전히 닫히고, 메인기체연료밸브(284)가 기체연료제어부(101)로부터의 지시에 따른 개도가 되면 메인노즐(53)에서 액체연료(Fom)가 분사되지 않게 되는 한편 메인노즐(53)에서 기체연료(Fgm)가 소정의 유량으로 분사되게 된다. 즉, 각 연소기(40)의 메인노즐(53)은 연료전환상태(Mc)에서 기체연료공급상태(Mg)가 된다.

제어장치(100)의 연료공급상태 인식부(105)는 메인노즐(53)이 연료전환상태(Mc)로 전환하는 타이밍(t3)을 사전에 인식하고, 메인노즐(53)이 연료전환상태(Mc)가 된 시점(t3)에서 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제2유량(w2)의 물이 흐르도록 전환 전 개도를 물조절밸브(213)에 지시한다. 즉, 메인노즐(53)이 연료전환상태(Mc)가 되는 시점(t3)보다 전의 시점(t2)부터 전환 전 개도는 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제1유량(w1)의 물(W)이 흐르는 개도에서 제2유량(w2)의 물(W)이 흐르는 개도로 서서히 변화한다. 연료공급상태 인식부(105)는 외부에서 연료전환지령을 받고 나서(t1) 메인노즐(53)이 연료전환상태(Mc)로 전환할 때까지의 시간을 사전에 보지하고 있고, 이것에 의해 메인노즐(53)이 연료전환상태(Mc)로 전환하는 타이밍(t3)을 사전에 인식한다.

물퍼지제어부(106)는 연료공급상태 인식부(105)에 의해 메인노즐(53)이 연료전환상태(Mc)라고 인식되면(t3) 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 상술한 제2유량(w2)의 물이 흐르는 전환 중 개도를 물조절밸브(213)에 지시한다(S2: 전환 중 물퍼지공정). 이 제2유량(w2)은 메인노즐(53)이 연료전환상태(Mc) 중 일정하다. 상술한 제1유량(w1)은 상술한 바와 같이 액체연료(Fom)의 유량에 따라 변동하지만 어느 경우에도 제2유량(w2)보다 많다. 환언하자면 제2유량(w2)은 제1유량(w1)보다도 적다.

물퍼지제어부(106)는 연료공급상태 인식부(105)에 의해 메인노즐(53)이 기체연료공급상태(Mg)라고 인식되면(t4) 전환 후 개도를 물조절밸브(213)에 지시한다(S3: 전환 후 물퍼지공정). 물조절밸브(213)에는 전환 후 개도로서 메인노즐(53)이 기체연료공급상태(Mg)라고 인식되고 나서(t4)의 소정시간, 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제2유량(w2)의 물(W)이 흐르는 개도, 다시 말해 전환 중 개도와 동일한 개도인 물치환개도가 지시된다(S4: 물치환공정). 그리고 소정시간 경과 후(t5), 물조절밸브(213)에는 전환 후 개도로서 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제3유량(w3)의 물(W)이 흐르는 개도인 클리닝개도가 소정시간 지시된다(S5: 클리닝공정). 이 제3유량(w3)은 이 소정시간 중 일정하다. 상술한 제1유량(w1)은 상술한 바와 같이 액체연료(Fom)의 유량에 따라 변동하지만 어느 경우에도 제3유량(w3)보다 많다. 또한 제3유량(w3)은 제2유량(w2)보다도 많다. 따라서 제3유량(w3)은 일유량(w1)보다도 적고 제2유량(w2)보다도 많다.

물조절밸브(213)에는 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제3유량(w3)의 물(W)이 흐르는 클리닝개도가 소정시간 지시된 후(t8) 전환 후 개도로서 개도[0]가 지시되고, 그 후(t10) 전환 후 개도로서 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제3유량(w3)의 물(W)이 흐르는 개도가 소정시간 지시된다. 이후 전환 후 개도로서 개도[0]와 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 제3유량(w3)의 물(W)이 흐르는 개도가 반복되는 간헐퍼지개도가 물조절밸브(213)에 지시된다. 따라서 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에는 제3유량(w3)의 물(W)이 간헐적으로 공급된다(S6: 간헐퍼지공정).

이상으로 전환 후 물퍼지공정(S3)이 종료한다. 이 전환 후 물퍼지공정(S3)이 종료하면 그 정황을 물퍼지제어부(106)에서 공기퍼지제어부(107)에 통지된다. 공기퍼지제어부(107)는 이 통지를 받은 후(t13) 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공기(A)가 흐르는 공기퍼지개도를 메인공기조절밸브(239)에 지시한다(S7: 공기퍼지공정). 이 결과 공기공급원(231)으로부터의 공기(A)가 메인공기라인(234)에서 물메인라인(212)으로 흘러든다. 물메인라인(212)에 흘러든 공기(A)는 물분배기(216), 메인액체연료분기라인(259)을 개재하여 각 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 흘러들고, 메인노즐(53)에서 통(61) 내에 분사된다.

메인공기조절밸브(239)에는 공기퍼지개도로서 먼저 제1압력(a1)의 공기(A)가 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공급되는 저압퍼지개도가 지시된다(S8: 저압퍼지공정). 그리고 소정시간 경과 후(t14) 메인공기조절밸브(239)에는 공기퍼지개도로서 제1압력(a1)보다도 높은 제2압력(a2)의 공기(A)가 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공급되는 고압퍼지개도가 소정시간 지시된다(S9: 고압퍼지공정).

이상으로 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 대한 퍼지처리가 종료한다.

공기퍼지제어부(107)는 파일럿노즐(43) 및 메인노즐(53)이 기체연료 공급상태(Pg), (Mg)가 되고 나서(t4) 소정시간 경과 후 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 공기(A)가 흐르는 공기퍼지개도를 파일럿공기조절밸브(238)에 지시한다(t5). 환언하자면 공기퍼지제어부(107)는 메인노즐(53)에 대한 전환 후 물퍼지공정(S3)이 개시되고 나서(t4) 소정시간 경과 후 제1공기퍼지개도를 파일럿공기조절밸브(238)에 지시한다(t5). 이 결과 공기공급원(231)으로부터의 공기(A)가 파일럿공기라인(233)에서 파일럿액체연료라인(253)으로 흘러든다. 파일럿액체연료라인(253)에 흘러든 공기(A)는 파일럿액체연료분배기(256), 파일럿액체연료분기라인(258)을 개재하여 각 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 흘러들고, 파일럿노즐(43)에서 통(61) 내에 분사된다(S11: 제1공기퍼지공정).

파일럿공기조절밸브(238)에는 제1공기퍼지개도로서 먼저 제3압력(a3)의 공기(A)가 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 공급되는 저압퍼지개도가 지시된다(S12: 저압퍼지공정). 그리고 소정시간 경과 후(t6) 파일럿공기조절밸브(238)에는 제1공기퍼지개도로서 제3압력(a3)보다도 높은 제4압력(a4)의 공기(A)가 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 공급되는 고압퍼지개도가 소정시간 지시된다(S13: 고압퍼지공정).

제3압력(a3)의 공기(A)가 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 공급되는 시점(t5)은 메인노즐(53)에 대하여 클리닝공정(S5)이 개시되는 시점과 일치한다. 또한 파일럿노즐(43)에 대한 고압퍼지공정(S13)은 메인노즐(53)에 대한 클리닝공정(S5)이 종료하는 시점(t8)보다 전에 종료한다(t7). 이상으로 제1공기퍼지공정(S11)이 종료한다.

메인노즐(53)에 대한 클리닝공정(S5)이 종료한 시점(t8) 후에 메인노즐(53)에 대한 간헐퍼지공정(S6)에 따른 최초의 물공급이 개시하는 시점(t10)의 전 시점(t9)이 되면 공기퍼지제어부(107)는 제2공기퍼지개도를 파일럿공기조절밸브(238)에 지시한다(S14: 제2공기퍼지공정). 공기퍼지제어부(107)는 메인노즐(53)에 대한 간헐퍼지공정(S6)이 종료한 시점(t11) 후에 메인노즐(53)에 대한 공기퍼지공정(S7)이 개시하는 시점(t13)의 전 시점(t12)이 되면 개도[0]를 파일럿공기조절밸브(238)에 지시하고 제2공기퍼지공정(S14)을 종료시킨다. 제2공기퍼지개도는 제2공기퍼지공정(S14) 중 일정하며 제1공기퍼지개도 중 어느 한 시점의 개도보다도 작다. 따라서 제2공기퍼지공정(S14) 중 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 공급되는 공기의 압력은 제1공기퍼지공정(S11) 중의 제3압력(a3) 및 제4압력(a4)보다도 낮다.

공기퍼지제어부(107)는 메인노즐(53)에 대한 공기퍼지공정(S7)이 종료한 시점(t15) 후의 시점(t16)이 되면 재차 파일럿공기조절밸브(238)에 제2공기퍼지개도를 지시한다(S15: 제2공기퍼지공정). 이후 파일럿노즐(43)이 기체연료공급상태(Pg) 중 파일럿공기조절밸브(238)는 제2공기퍼지개도를 유지한다.

본 실시형태와 같이 경유 등의 액체연료(Fo)와 천연가스 등의 기체연료(Fg)를 선택적으로 분사하는 노즐(43), (53)을 가진 연소기(40)에서는 사용연료를 액체연료(Fo)에서 기체연료(Fg)로 전환한 후 노즐(43), (53)의 액체연료 유로(46), (56)에 액체연료(Fo)가 남아 있으면 이 액체연료(Fo)가 고온환경 하에서 코킹하는 경우가 있다.

그래서 본 실시형태에서는 메인노즐(53)이 액체연료 공급상태(Mo)에서 기체연료 공급상태(Mg)가 되면 전환 후 물퍼지공정(S3)을 실행하고, 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내를 물로 세정한다. 전환 후 물퍼지공정(S3)의 클리닝공정(S5)에서는 기체연료 공급상태(Mg) 시에 메인노즐(53)에서 물(W)을 분사해도 기체연료(Fg)의 연소안정성이 손상되지 않는 범위 내에서의 최대 유량 혹은 최대 유량에 근접한 제3유량(w3)의 물을 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공급하고, 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내의 세정성을 높인다.

그러나 기체연료 공급상태(Mg)가 된 직후(t4)부터 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 많은 유량의 물을 공급하면 메인액체연료분기라인(259)이나 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 고여 있던 액체연료(Fom)가 대량으로 메인노즐(53)에서 분사한다. 따라서 통(61) 내에서 연소하는 연료의 양이 급격히 증가하고, 연소량이 급격히 증가하는데다 연소안정성이 손상된다. 그래서 본 실시형태에서는 기체연료 공급상태(Mg)가 된 직후(t4)부터 메인액체연료분기라인(259)이나 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 고여 있던 액체연료(Fom)를 치환할 수 있는 양의 물을 공급하여 끝날 때까지의 소정시간, 제3유량(w3)보다도 적은 제2유량(w2)의 물(W)을 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 공급한다(S4: 물치환공정).

메인액체연료분기라인(259)이나 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 고여 있던 액체연료(Fom)가 거의 물(W)로 치환되면 상술한 것처럼 제2유량보다도 많은 제3유량의 물을 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공급하고, 여기서 근소하게 남아 있는 액체연료(Fom)의 제거를 촉진한다.

메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)의 형상에 따라서는 이 메인노즐(53)에 대하여 클리닝공정(S5)을 실행한 후에도 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내의 액체연료(Fom)를 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 예각인 부분이 존재하는 경우나 어떠한 틈새 등이 존재하는 경우 메인노즐(53)에 대하여 클리닝공정(S5)을 실행한 후에도 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내의 액체연료(Fom)를 충분히 제거할 수 없는 경우가 많다. 그래서 본 실시형태에서는 클리닝공정(S5) 후 제3유량(w3)의 물(W)을 간헐적으로 액체연료 유로(56)에 흐르게 하는 간헐퍼지공정(S6)을 실행한다. 이와 같이 물(W)을 간헐적으로 액체연료 유로(56)에 흐르게 함으로써 액체연료 유로(56)에 물이 흐르고 있지 않는 동안에 액체연료 유로(56)의 예각인 부분이나 틈새 등에서 액체연료(Fom)가 흘러나오고, 그 후에 액체연료 유로(56)에 공급되는 물에 의해 이 액체연료(Fom)가 제거된다.

이 간헐퍼지공정(S6)에서 물(W)을 간헐적으로 흐르게 하는 횟수는 예를 들어 5회 정도이다. 또한 물(W)을 간헐적으로 흐르게 하는 횟수가 5회로는 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내의 액체연료(Fom)를 충분히 제거할 수 없는 경우에는 예를 들어 이 횟수를 10회로 해도 된다. 또한 물(W)을 간헐적으로 흐르게 하는 횟수가 5회 미만이어도 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내의 액체연료(Fom)를 충분히 제거할 수 있는 경우에는 5회 미만이어도 된다. 또한 클리닝공정(S5)의 실행에서 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내의 액체연료(Fom)를 충분히 제거할 수 있는 경우에는 간헐퍼지공정(S6)을 생략해도 된다.

메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 물(W)이 남고, 예를 들어 이것이 물방울로서 고온을 통(61)에 적하하면 통(61)이 손상할 우려가 있다. 따라서 본 실시형태에서는 전환 후 물퍼지공정(S3) 후 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공기(A)를 공급하고, 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에서 통(61) 내에 물(W)과 함께 공기(A)를 분사한다(S7: 공기퍼지공정).

공기퍼지공정(S7)의 개시 때부터 높은 압력의 공기(A)를 액체연료 유로(56)에 공급하면 메인액체연료분기라인(259)이나 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 고여 있던 물(W)이 대량으로 메인노즐(53)에서 분사한다. 따라서 통(61) 내에서 분사되는 물(W)의 양이 급격히 증가하고, 기체연료(Fg)의 연소안정성이 손상된다. 그래서 본 실시형태에서는 메인액체연료분기라인(259)이나 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 고여 있던 물(W)를 치환할 수 있는 양의 공기(A)를 공급하여 끝날 때까지의 소정시간, 저압의 제1압력(a1)의 공기(A)를 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 공급한다(S8: 저압퍼지공정). 그 후 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 근소하게 남아 있는 물(W)을 통(61) 내에 분사시키기 위하여 고압의 제2압력(a2)의 공기(A)를 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내에 공급한다(S9: 고압퍼지공정).

이상, 본 실시형태에서는 기체연료 공급상태(Mg)가 되면(t4) 물치환공정(S4)을 실행하고 나서 클리닝공정(S5)을 실행하므로, 기체연료(Fg)의 연소안정성을 확보하면서 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)의 세정성을 높일 수 있다. 또한 본 실시형태에서는 클리닝공정(S5) 후에 간헐퍼지공정(S7)을 실행하므로, 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)의 세정성을 보다 높일 수 있다.

그런데 액체연료(Fom)에서 기체연료(Fgm)에의 연료전환상태(Mc)에서는 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 흐르는 액체연료(Fom)의 유량이 점차 적어지므로 액체연료 유로(56)를 흐르는 액체연료(Fom)의 유속이 점차 저하한다. 특히 연료전환상태(Mc)가 기체연료 공급상태(Mg)에 근접하면 액체연료 유로(56)를 흐르는 액체연료(Fom)의 유속이 현저하게 낮아진다. 따라서 연료전환상태(Mc)에서도 액체연료(Fom)가 액체연료 유로(56) 내에서 코킹할 우려가 있다.

본 실시형태에서는 연료전환상태(Mc)에 따른 액체연료(Fom)의 코킹을 억제하기 위하여 이 연료전환상태(Mc)에서도 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 물(W)을 공급한다(S2: 전환 중 물퍼지공정). 연료전환상태(Mc)에서는 액체연료(Fo) 및 기체연료(Fg)의 연소가 불안정해지기 쉽다. 이 때문에 이 전환 중 물퍼지공정(S2)에서는 액체연료 공급상태(Mo)에서의 제1유량(w1) 및 클리닝공정(S5)에서의 제3유량(w3)보다도 적은 제2유량(w2)의 물(W)을 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 공급한다.

따라서 본 실시형태에서는 연료전환상태(Mc)에서의 액체연료(Fo) 및 기체연료(Fg)의 연소안정성을 확보하면서 연료전환상태(Mc)에서의 코킹을 억제할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 연료전환상태(Mc)에서도 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56)에 물(W)을 공급하기 때문에 기체연료 공급상태(Mg)가 된 시점(t4)에서 메인액체연료분기라인(259)이나 메인노즐(53)의 액체연료 유로(56) 내의 액체연료(Fom)가 어느 정도 물(W)로 치환하고 있다. 따라서 본 실시형태에서는 기체연료 공급상태(Mg)가 된 후의 물치환공정(S4)을 단시간에 끝마칠 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 전환 중 물퍼지공정(S2)에서 공급하는 물(W)의 유량도, 치환공정(S4)에서 공급하는 물의 유량도 제2유량(w2)이지만, 이들의 유량은 동일한 유량일 필요성은 없다. 단, 전환 중 물퍼지공정(S2)에서 공급하는 물(W)의 유량과 치환공정(S4)에서 공급하는 물의 유량을 동일한 유량으로 함으로써 물조절밸브(213)의 제어를 간소화할 수 있다.

메인노즐(53)에 대한 물치환공정(S4) 중 메인노즐(53)에서 통(61) 내에 분사되는 액체연료(Fom)의 유량이 비교적 많다. 이 물치환공정(S4) 중에 파일럿노즐(43)에서도 액체연료(Fop)를 분사하면 통(61) 내에 분사되는 액체연료(Fo)의 유량이 상당히 많아지고, 연소량이 증가하는데다 연소안정성이 손상된다. 따라서 본 실시형태에서는 파일럿노즐(43)이 액체연료 공급상태(Po)에서 기체연료 공급상태(Pg)가 되고, 또한 메인노즐(53)에 대한 물치환공정(S4)의 종료 타이밍에 맞추어 이 파일럿노즐(43)에 대한 제1공기퍼지공정(S11)을 개시한다.

이 제1공기퍼지공정(S11)의 개시 때부터 높은 압력의 공기(A)를 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 공급하면 파일럿액체연료분기라인(258)이나 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46) 내에 고여 있던 액체연료(Fop)가 대량으로 파일럿노즐(43)에서 분사한다. 그래서 본 실시형태에서는 파일럿액체연료분기라인(258)이나 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46) 내에 고여 있던 액체연료(Fop)를 치환할 수 있는 양의 공기(A)를 공급하여 끝날 때까지의 소정시간, 저압의 제3압력(a3)의 공기(A)를 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46) 내에 공급한다(S12: 저압퍼지공정). 그 후 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46) 내에 근소하게 남아 있는 액체연료(Fop)를 통(61) 내에 분사시키기 위하여 고압의 제4압력(a4)의 공기(A)를 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46) 내에 공급한다(S13: 고압퍼지공정).

본 실시형태에서는 이 제1공기퍼지공정(S11)이 종료한 후 상술한 제2공기퍼지공정(S14, 15)을 실행한다. 파일럿노즐(43)은 분출한 기체연료(Fgp)를 확산연소시킨다. 이 때문에 파일럿노즐(43)의 선단 근방에 확산 화염이 형성된다. 이와 같이 파일럿노즐(43)의 선단 근방에 확산 화염이 형성된 상태에서는 이 화염이 액체연료 유로(46)로 역류할 가능성이 있다. 그래서 본 실시형태에서는 화염의 역류를 방지하기 위해 제2공기퍼지공정(S14, 15)에서 저압의 공기(A)를 액체연료 유로(46)에 공급한다. 단, 본 실시형태에서는 메인노즐(53)에 대한 공기퍼지공정(S7)의 실행 중 파일럿노즐(43)에 대한 제2공기퍼지공정(S14, 15)을 실행하지 않는다. 이것은 메인노즐(53)에 대한 공기퍼지공정(S7)과 파일럿노즐(43)에 대한 제2공기퍼지공정(S14, 15)을 동시에 실행할 만한 능력이 본 실시형태의 공기공급원(231)에 구비되어 있지 않기 때문이다. 환언하자면 본 실시형태와 같이 파일럿노즐(43)과 메인노즐(53)로 공기공급원(231)의 사용 타이밍을 엇갈리게 함으로써 최소한의 능력의 공기공급원(231)을 효율 좋게 이용할 수 있다. 한편 공기공급원(231)의 능력에 여유가 있는 경우에는 메인노즐(53)에 대한 공기퍼지공정(S7)의 실행 중 파일럿노즐(43)에 대한 제2공기퍼지공정(S14, 15)을 실행해도 된다. 또한 S14의 제2공기퍼지공정과 S15의 제2공기퍼지공정을 연속하여 실시해도 된다.

이상, 본 실시형태에서는 메인노즐(53)에 대한 전환 후 물퍼지공정(S3)이 종료하기 전, 다시 말해 메인노즐(53)에 대한 전환 후 물퍼지공정(S3) 중에 파일럿노즐(43)에 대한 제1공기퍼지공정(S11)을 실행한다. 이 때문에 본 실시형태에서는 파일럿노즐(43)의 액체연료 유로(46)에 따른 액체연료(Fop)의 코킹을 억제할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 출원에 관한 일형태에 의하면 액체연료에서 기체연료에의 전환과정에 따른 연료의 안정연소를 확보하면서 액체연료의 코킹을 억제할 수 있다.

부호의 설명

10: 가스터빈

11: 가스터빈로터

15: 가스터빈케이싱

20: 압축기

21: 압축기로터

25: 압축기케이싱

30: 터빈

31: 터빈로터

35: 터빈케이싱

40: 연소기

41: 연료분사기

42: 파일럿버너

43: 파일럿노즐(제2노즐)

44: 기체연료 유로

46: 액체연료 유로

52: 메인버너

53: 메인노즐(제1노즐 또는 단순히 노즐)

54: 기체연료 유로

56: 액체연료 유로

61: 통

100: 제어장치

101: 기체연료제어부

102: 액체연료제어부

105: 연료공급상태 인식부

106: 물퍼지제어부

107: 공기퍼지제어부

210: 물퍼지장치

211: 물공급원

212: 물메인라인

213: 물조절밸브

230: 공기퍼지장치

231: 공기공급원

232: 공기메인라인

237: 공기메인밸브

233: 파일럿공기라인

234: 메인공기라인

238: 파일럿공기조절밸브

239: 메인공기조절밸브

250: 액체연료 공급장치

251: 액체연료공급원

252: 액체연료메인라인

253: 파일럿액체연료라인

254: 메인액체연료라인

262: 액체연료메인밸브

263: 파일럿액체연료밸브

264: 메인액체연료밸브

270: 기체연료 공급장치

271: 기체연료공급원

272: 기체연료메인라인

273: 파일럿기체연료라인

274: 메인기체연료라인

283: 파일럿기체연료밸브

284: 메인기체연료밸브

Claims

액체연료와 기체연료를 선택적으로 분사하는 노즐을 가지고, 상기 노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있는 연소기에 따른 연료 유로의 퍼지방법에 있어서,
상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태일 때에 상기 액체연료 유로에 물을 공급하는 물공급공정과,
상기 액체연료 공급상태에서 상기 노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 상기 액체연료가 적어지는 한편, 상기 노즐의 상기 기체연료 유로에 상기 기체연료가 공급되기 시작하고, 상기 기체연료 유로에 공급되는 상기 기체연료가 많아지는 연료전환상태일 때에, 상기 액체연료 유로에 물을 공급하는 전환 중 물퍼지공정과,
상기 액체연료가 상기 액체연료 유로에 공급되지 않게 되어 상기 연료전환상태가 종료하고, 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 기체연료만이 상기 노즐에 공급되기 시작하고 나서 상기 액체연료 유로에 물을 공급하는 전환 후 물퍼지공정을 실행하고,
상기 전환 중 물퍼지공정에서는 상기 물공급공정에서 상기 액체연료 유로에 공급하는 물의 유량인 제1유량보다도 적은 제2유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하고, 상기 전환 후 물퍼지공정에서는 적어도 일시적으로 상기 제2유량보다도 많은 제3유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제1항에 있어서,
상기 제3유량은 상기 제1유량보다도 적은, 연료 유로의 퍼지방법.
제1항에 있어서,
상기 전환 후 물퍼지공정은,
상기 전환 중 물퍼지공정에서 연속하여 상기 제2유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하는 물치환공정과,
상기 물치환공정 후에 상기 제3유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하는 클리닝공정을 포함하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제3항에 있어서,
상기 전환 후 물퍼지공정은 상기 클리닝공정 후에 물을 간헐적으로 상기 액체연료 유로에 공급하는 간헐퍼지공정을 포함하고,
상기 간헐퍼지공정에서는 상기 제3유량의 물을 상기 액체연료 유로에 공급하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제1항에 있어서,
상기 물공급공정에서는 상기 연료전환상태가 된 시점에서 상기 액체연료 유로에 공급되는 물의 유량이 상기 제2유량이 되도록 상기 연료전환상태에 이르기 전부터 상기 액체연료 유로에 공급하는 물 유량을 서서히 적게 하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제1항에 있어서,
상기 전환 후 물퍼지공정의 종료 후 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 공기퍼지공정을 실행하고,
상기 공기퍼지공정은,
제1압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지공정과,
상기 저압퍼지공정 후에 상기 제1압력보다도 높은 제2압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지공정을 포함하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제1항에 있어서,
상기 연소기는 상기 노즐로서의 제1노즐 외에 제2노즐을 가지고 있고, 상기 제2노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와, 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있고,
상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태에서 상기 액체연료가 상기 제2노즐에 공급되지 않게 되고, 상기 기체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있을 때, 또한 상기 제1노즐에 대한 상기 전환 후 물퍼지공정의 실행 중에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 공급하는 공기퍼지공정을 실행하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제3항에 있어서,
상기 연소기는 상기 노즐로서의 제1노즐 외에 제2노즐을 가지고 있고, 상기 제2노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와, 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있고,
상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태에서 상기 액체연료가 상기 제2노즐에 공급되지 않게 되고, 상기 기체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있을 때, 또한 상기 제1노즐에 대한 상기 전환 후 물퍼지공정의 실행 중에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 공급하는 공기퍼지공정을 실행하고,
상기 제1노즐에 대한 상기 클리닝공정의 개시 타이밍에 맞추어 상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정을 개시하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정은,
제3압력의 공기를 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지공정과,
상기 제2노즐에 대한 상기 저압퍼지공정 후에 상기 제3압력보다도 높은 제4압력의 공기를 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지공정을 포함하는, 연료 유로의 퍼지방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제2노즐은 상기 제2노즐에서 분사한 연료를 확산연소시키는 노즐로서,
상기 제2노즐에 대한 상기 공기퍼지공정인 제1공기퍼지공정 후에 상기 제1공기퍼지공정에서 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 공기의 압력보다도 낮은 압력의 공기를 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급하는 제2공기퍼지공정을 실행하는, 연료 유로의 퍼지방법.
액체연료와 기체연료를 선택적으로 분사하는 노즐을 가지고, 상기 노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있는 연소기에 따른 연료 유로의 퍼지장치에 있어서,
상기 액체연료 유로에 물을 보내는 물라인과,
상기 물라인을 흐르는 물의 유량을 조절하는 물조절밸브와,
상기 물조절밸브의 개도를 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 제어장치는 상기 노즐에의 연료공급상태를 인식하는 연료공급상태 인식부와 상기 연료공급상태 인식부에서 인식된 상기 연료공급상태에 따라 상기 물조절밸브의 개도를 제어하는 물퍼지제어부를 가지고,
상기 연료공급상태 인식부는 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 액체연료만이 상기 노즐에 공급되고 있는 액체연료 공급상태와 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 기체연료만이 상기 노즐에 공급되고 있는 기체연료 공급상태와 상기 액체연료 공급상태에서 상기 기체연료 공급상태에의 전이상태인 연료전환상태를 인식하고,
상기 물퍼지제어부는 상기 연료공급상태 인식부가 상기 액체연료 공급상태라고 인식하고 있을 때에 상기 액체연료 유로에 제1유량의 물이 공급되는 전환 전 개도를 상기 물조절밸브에 지시하고, 상기 연료공급상태 인식부가 상기 연료전환상태라고 인식하고 있을 때에 상기 액체연료 유로에 제2유량의 물이 공급되는 전환 중 개도를 상기 물조절밸브에 지시하고, 상기 연료공급상태 인식부가 상기 기체연료 공급상태가 되었다고 인식했을 때에 상기 액체연료 유로에 물이 공급되는 전환 후 개도를 상기 물조절밸브에 지시하고,
상기 물퍼지제어부는 상기 제2유량이 상기 제1유량보다도 적어지도록 상기 전환 전 개도보다도 상기 전환 중 개도를 작게 하고, 상기 기체연료 공급상태에서 적어도 일시적으로 상기 제2유량보다도 많은 제3유량의 물이 상기 액체연료 유로에 공급되도록 상기 전환 후 개도를 정하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제11항에 있어서,
상기 물퍼지제어부는 상기 제3유량이 상기 제1유량보다도 적어지는 상기 전환 후 개도를 정하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 물퍼지제어부는,
상기 연료공급상태 인식부가 상기 기체연료 공급상태가 되었다고 인식했을 때에 상기 전환 후 개도로서 상기 연료전환상태에서 연속하여 상기 제2유량의 물이 상기 액체연료 유로에 공급되도록 상기 전환 중 개도와 동일한 개도인 물치환개도를 상기 물조절밸브에 지시하고,
상기 물치환개도를 상기 물조절밸브에 지시한 후 상기 전환 후 개도로서 상기 제3유량의 물이 상기 액체연료 유로에 공급되도록 클리닝개도를 상기 물조절밸브에 지시하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제13항에 있어서,
상기 물퍼지제어부는 상기 클리닝개도를 상기 물조절밸브에 지시한 후 상기 전환 후 상기 개도로서 간헐적으로 상기 액체연료 유로에 상기 제3유량의 물이 공급되는 간헐퍼지개도를 상기 물조절밸브에 지시하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 연료공급상태 인식부는 상기 액체연료 공급상태에서 상기 연료전환상태로 전환하는 타이밍을 사전에 인식하고,
상기 물퍼지제어부는 상기 연료전환상태가 된 시점에서 상기 액체연료 유로에 공급되는 물의 유량이 상기 제2유량이 되도록 상기 연료공급상태 인식부가 상기 타이밍을 사전에 인식하면 상기 액체연료 유로에 공급하는 물의 유량이 서서히 적어지는 상기 전환 전 개도를 상기 물조절밸브에 지시하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 액체연료 유로에 공기를 보내는 공기라인과,
상기 공기라인을 흐르는 공기의 압력을 조절하는 공기조절밸브를 구비하고,
상기 제어장치는 상기 공기조절밸브의 개도를 제어하는 공기퍼지제어부를 가지고,
상기 물퍼지제어부는 상기 물조절밸브에 대하여 상기 전환 후 개도를 지시한 후 밸브 클로즈를 지시하고,
상기 공기퍼지제어부는 상기 기체연료 공급상태에서 상기 물조절밸브가 닫힌 상태일 때 상기 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 공기퍼지개도를 상기 공기조절밸브에 지시하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제16항에 있어서,
상기 공기퍼지제어부는,
제1압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 저압퍼지개도를 상기 공기퍼지개도로서 상기 공기조절밸브에 지시하고,
상기 저압퍼지개도를 지시한 후에 상기 제1압력보다도 높은 제2압력의 공기를 상기 액체연료 유로에 공급하는 고압퍼지개도를 상기 공기퍼지개도로서 상기 공기조절밸브에 지시하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제16항에 있어서,
상기 연소기는 상기 노즐로서의 제1노즐 외에 제2노즐을 가지고 있고, 상기 제2노즐에는 상기 액체연료가 흐르고 노즐 선단부에서 개구하고 있는 액체연료 유로와, 상기 기체연료가 흐르고 상기 노즐 선단부에서 개구하고 있는 기체연료 유로가 형성되어 있고,
상기 제1노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 보내는 상기 공기라인인 제1공기라인 외에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기를 보내는 제2공기라인과,
상기 제2공기라인을 흐르는 공기의 압력을 조절하는 제2공기조절밸브를 구비하고,
상기 연료공급상태 인식부는 상기 액체연료와 상기 기체연료 중 상기 기체연료만이 상기 제2노즐에 공급되고 있는 기체연료 공급상태를 인식하고,
상기 공기퍼지제어부는 상기 제1노즐 및 상기 제2노즐이 모두 상기 기체연료 공급상태이고 상기 물퍼지제어부가 상기 전환 후 개도를 지시하고 있는 도중에 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공기가 공급되는 공기퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제18항에 있어서,
상기 제2노즐은 상기 제2노즐에서 분사한 연료를 확산연소시키는 노즐로서,
상기 공기퍼지제어부는,
상기 제2공기조절밸브의 상기 공기퍼지개도로서 제3압력의 공기가 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 저압퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시하고,
상기 제2공기조절밸브에 상기 저압퍼지개도를 지시한 후 상기 제2공기조절밸브의 상기 공기퍼지개도로서 상기 제3압력보다도 높은 제4압력의 공기가 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 고압퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시하고,
상기 공기퍼지개도인 제1공기퍼지개도를 상기 제2공기조절밸브에 지시한 후 상기 제1공기퍼지개도에서 상기 제2노즐의 상기 액체연료 유로에 공급되는 공기의 압력보다 낮은 압력의 공기가 상기 제2노즐의 상기 액체연료에 공급되는 제2공기퍼지개도를 지시하는, 연료 유로의 퍼지장치.
제11항 또는 제12항에 기재된 연료 유로의 퍼지장치와,
상기 연소기와,
상기 연소기에서 생성된 연소가스에 의해 구동하는 터빈을 구비하고 있는, 가스터빈 설비.